ЯМОБУР ПОВОРОТНЫЙ ВИНОГРАДНИКОВЫЙ
YAMOBUR ROTARY VINEAL DRILLING MACHINE

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для выкопки ям под посадку саженцев винограда, ягодников и под шпалерные столбы, и может быть применено для посадки саженцев семечковых, косточковых и декоративных культур на твердых почвах.
Известен ямокопатель КПЯ-100, состоящий из рамы, выполненной из двух продольных брусьев, скрепленных поперечной распоркой и укрепленными на ней двумя выдвижными опорами для регулирования заглубления бура. Рабочим органом служит бур - двухходовой винт со сменными лемехами и буравчиком. С тыльной стороны лемехов крепятся регулируемые по высоте пятки, положением которых регулируется скорость заглубления бура. При работе на твердых почвах их поднимают. Бур получает вращение от вала отбора мощности трактора через одноступенчатый конический редуктор, который снабжен парой конических шестерен. Шестерни передачи сменные, одна пара сообщает буру 135 об/мин, другая - 85 об/мин. Шарнирная (карданная) передача стандартного типа, с кулачковой предохранительной муфтой [см. Карпенко А.Н., Зеленев А.А. Сельскохозяйственные машины Изд. 2-е перераб. и доп. М.: «Колос», 1968. - С. 413-418]. Универсальность машины обеспечивается заменой рабочих органов (сменных буров), а выкопка ям на каменистых почвах - регулированием скорости вращения рабочих органов.
Недостатком известного технического решения является большая металлоемкость, высокая энергоемкость процесса, низкая производительность и невысокая надежность машины. Бур диаметром 30 см (для виноградников) сменных лемехов не имеет.
Известны технические решения для повышения надежности и производительности ямокопателя, содержащего несущую стрелу с установленной компенсационной пружиной на продольной тяге, лемехи бура выполнены с длиной большей, чем высота витков шнека, а на кромках витков установлена реборда с вертикально закрепленными ножами [см. а.с. SU №1 020 025 А01С 5/04 Ямокопатель / Матюшкин М.М., Борисов A.M. Заявл. 06.01.82, опубл. 30.05.83, бюл. №20]. Такая конструкция позволяет зачищать стенки ямы, предупреждает осыпание почвы и дополнительно центрирует бур в яме.
Недостаток данного технического решения - высокая энергоемкость процесса резания твердых почвогрунтов и низкая производительность.
Известен бур для подготовки посадочных ям на каменистых почвогрунтах, выполненный в виде двухзаходного шнека с закрепленными на нижнем конце диаметрально-противоположными пластинами, на которых посредством кронштейнов Г-образной формы установлены режущие лемехи [см. а.с. SU №551007 А01С 5/04, E02D 17/144. Бур для подготовки посадочных ям на горных склонах / Бабаев М.К., Багирзаде В.М., Багив А.А., Ахмедов И.И. Заявл. 17.06.75, опубл. 25.03.77, бюл. №11]. Снижению энергоемкости процесса резания в данной конструкции способствует обеспечение изменения угла резания режущих лемехов.
Недостатком такого устройства являются низкая производительность, узкие технологические возможности и высокие материальные затраты.
Известный ямокопатель содержит поперечную поворотную рамку, соединенную горизонтальными шарнирами со стрелой, а вертикальными шарнирами - с продольной рамкой, поворотной вокруг приводного вала, и гидроцилиндр поворота продольной рамки, снабженной механизмом корректировки положения [см. а.с. SU №1 041 055 А01С 5/04 Ямокопатель / Матюшкин М.М., Борисов A.M. №3338570/30-15, заявл. 07.08.81, опубл. 15.09.83, бюл. №34]. При бурении вертикальных ям для выноса бура гидроцилиндром в сторону от продольной оси винтовую стяжку соединяют с осью вертикального шарнира поперечной рамки, а палец размещают в шарнирно смонтированной поперечной втулке. Вторым гидроцилиндром осуществляют изменение положения бура в вертикальной плоскости. Регулирование угла поворота поперечной рамки при крайних положениях гидроцилиндра осуществляют с помощью винта.
Недостатком известного технического решения является высокая энергоемкость процесса выкопки ям, особенно на твердых, с каменистыми включениями, почвах, сложность наладки устройства и низкая эксплуатационная надежность.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является ямокопатель, содержащий продольную и закрепленную на ней поперечную поворотную рамку, на горизонтальных шарнирах которой посредством кронштейнов установлено несущее звено в виде трубы с шарнирно закрепленным редуктором, соединенное тягой с продольной рамкой, на редукторе смонтирован рабочий орган с гидроцилиндрами поворота в поперечной плоскости, горизонтального перемещения и заглубления [см. а.с. SU №1 021 374 А01С 5/04 Ямокопатель / Вертинский В.П., Животенко В.А. Заявл. 25.11.81, опубл. 07.06.83, бюл. №21].
Недостатком известного технического решения является высокая энергоемкость процесса выкопки ям, особенно на твердых, с каменистыми включениями, почвах, сложность наладки устройства. Кроме того, устройство поворота рабочего органа требует увеличения величины вылета рабочего органа относительно продольной оси трактора.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат, расширение технологических возможностей ямобура поворотного виноградникового при улучшении оперативности выкопки ям на твердых почвах и в рядах виноградников.
Для решения поставленных задач предложен ямобур, включающий навеску с рамкой, на которой закреплена рама, связанная с гидроцилиндром поворота, содержащая конический редуктор, который в нижней части соединен с буром, приводным во вращение от энергосредства через карданный вал, а в верхней части с рамой, стабилизирующей его положение регулировочной тягой. Рама с установленным на ней на пружинно-шарнирных амортизаторах, состоящих из пружин и шарниров из шара с цапфой, редуктором со стальным корпусом, имеющим зубчатую коническую передачу с горизонтальным валом через коническую шестерню и полым вертикальным валом через зубчатое колесо, шарнирно закреплена на поперечном брусе, расположенном вдоль продольной оси энергосредства со смещением, снабжена гидроцилиндром для поворота, пальцем и выдвижной опорой для стабилизации положения. На корпусе редуктора закреплена неподвижно зубчатая шайба соосно ответной, для контакта, зубчатой шайбе, закрепленной на верхней стороне фланца для крепления бура на нижнем торце штанги, установленной внутри полого вала на шлицах и имеющей возможность перемещения в вертикальном направлении. В верхнем торце штанги закреплена втулка, над которой по салазкам, закрепленным на внутренней стороне крышки редуктора, установлено запорное устройство перемещения штанги в вертикальном положении, состоящее из корпуса с рукояткой, вала, упорного и радиального подшипников. Привод бура имеет возможность преобразовывать вращательные движения в возвратно-поступательные при передаче от вала отбора мощности энергосредства через предохранительную муфту, два карданных вала, промежуточный вал и пару зубчатых шайб.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом ямобуре поворотном виноградниковом установлен на пружинно-шарнирных амортизаторах редукторно-вибрационный привод бура, соединенный пружинно-тяговым механизмом с рамой. Привод содержит конический редуктор. Вращение буру передается от ВОМ энергетического средства через предохранительную муфту, первый карданный вал, промежуточный вал, второй карданный вал, а также горизонтальный вал и полый вертикальный вал редуктора и установленную внутри вертикального вала на шлицах штангу с возможностью возвратно-поступательного скольжения внутри полого вала при взаимодействии зубчатых шайб, установленных на редукторе и фланце штанги для крепления бура.
На вертикальном валу редуктора для сцепления с конической шестерней горизонтального вала закреплено коническое зубчатое колесо. На нижней части корпуса редуктора неподвижно соосно с валом на фланце закреплена зубчатая шайба для образования контакта с ответной зубчатой шайбой, зафиксированной на фланце нижнего торца штанги. К этому же фланцу крепится сменный бур. Амплитуда возвратно-поступательного движения штанги по шлицам не менее высоты зубьев шайб для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное при вибрационном режиме работы ямобура.
Штанга снабжена в верхней части втулкой, над которой на салазках, закрепленным на внутренней стороне крышки редуктора, установлено запорное устройство с упорными подшипниками для фиксации разомкнутого положения зубчатых шайб для обеспечения обычного режима работы бура,
Редуктор к раме присоединен на осях, образующих крестовины, расположенные по бокам редукторного привода, которые имеют возможность двигаться на нижних и верхних пружинах в корпусе, закрепленном на раме, образуя амортизационный пружинно-шарнирный механизм.
На кронштейне поперечного бруса установлена опора для регулирования и повышения устойчивости работы бура.
Известные технические решения ямокопателей, включающие различные рабочие органы, решают или другие технические задачи, или требуют для функционирования повышенного расхода энергии, тогда как в заявляемом ямобуре поворотном виноградниковом приводное вращение от ВОМ энергосредства на бур имеет возможность передаваться по цепочке: предохранительная муфта, первый карданный вал, промежуточный вал, второй карданный вал, полый горизонтальный вал редуктора, коническая шестерня, коническое зубчатое колесо, штангу, бур. Бур закреплен фланцем с болтами к шлицевой штанге вертикального полого вала редуктора, который в радиальном направлении передает через шлицы усилие на втулку, закрепленную на конических роликовых подшипниках в корпусе редуктора. В осевом вертикальном направлении усилие от шлицевой штанги на бур имеет возможность передаваться в режиме работы: а - без принудительной вибрации, 6 - с принудительной вибрацией, когда зубчатые шайбы на фланце штанги и фланце редуктора соединены. Выбор режима работы зависит от положения запорного устройства: а - напротив торца шлицевой штанги, 6 - в стороне. Запорное устройство со своим корпусом передвигается по направляющим салазкам, закрепленным на внутренней стороне крышки редуктора, из одного положения в другое при помощи рукоятки при нерабочем состоянии бура.
Наряду с этим, редуктор к раме присоединен амортизаторами с пружинно-шарнирным механизмом, содержащим корпус, крестовину с горизонтальными осями, коробку с вертикальными осями, пружины. Такое крепление редуктора на поворотной раме обеспечивает дополнительные возвратно-поступательные колебательные движения бура, а также повышает его устойчивость в поперечном положении.
Кроме того, шарнирное соединение рамы с поперечным брусом, со смещением относительно продольной оси энергосредства, для возможности поворота рабочего органа при помощи гидроцилиндра, повышает величину вылета рабочего органа относительно продольной оси энергетического средства.
Таким образом, заявляемый ямобур поворотный виноградниковый соответствует критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется графическим материалом (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), на котором приведено схематическое изображение ямобура поворотного виноградникового: на фиг. 1 - вид сбоку; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг. 3 - выносной элемент А вида сбоку (виброрежим); на фиг. 4 - выносной элемент Б вида сверху (обычный режим).
Ямобур поворотный виноградниковый содержит: балку 1, рамку 2, тягу 3 и брус 4, образующие шарнирный четырехзвенный механизм, балка 1 и рамка 2 присоединены к системе навески энергетического средства (показано условно). Рама 5, шарнирно соединенная с брусом 4 для поворота при помощи гидроцилиндра 6, зафиксирована пальцем 7. Конический редуктор со стальным корпусом 8, присоединенный к раме 5 регулировочной тягой 9 с компенсационной пружиной 10 и пружинно-шарнирный амортизационной подвеской, содержащей пружины 11 и шарнир, состоящий из шара 12 с цапфой 13. К редуктору 8 присоединен бур 14 через вибрационный механизм с зубчатыми шайбами 15, установленной на фланце 16, закрепленном неподвижно, с зубьями, направленными вниз, на нижней части корпуса редуктора, и, соосно, ответной для зацепления зубчатой шайбы 17 с зубьями, направленными вверх, зафиксированной на фланце 18, закрепленном на шлицевой штанге 19. К этому же фланцу 18 закреплен и сменный бур. Для регулирования сцепления зубчатых шайб 15, 17 установлен запорный подшипниковый механизм, состоящий из корпуса 20, салазок 21, закрепленных на внутренней стороне крышки редуктора 8 для его перемещения, рукоятки 22, вала 23 и подшипников упорного 24 и радиального 25.
Редуктор 8 содержит коническую зубчатую передачу с горизонтальным валом 26 с конической шестерней 27 и полым вертикальным валом 28 с зубчатым колесом 29. Внутри полого вала 28 на установленной на шлицах 30 штанге 19 закреплена втулка 31 для взаимодействия с запорным подшипниковым механизмом.
Передачу приводного вращения редуктору от ВОМ энергосредства обеспечивают предохранительная муфта 32, первый карданный вал 33, промежуточный вал 34 и второй карданный вал 35. Для стабилизации рамы 5 в рабочем положении на брусе 4 установлена выдвижная опора 36.
Ямобур поворотный виноградниковый работает следующим образом. Перед началом работы ямобур, навешенный на энергетическое средство, переводят из транспортного в рабочее положение путем разблокирования пальцем 7 фиксации поворотной рамы 5 относительно поперечного бруса 4. Агрегат устанавливают в междурядье виноградника в месте, где необходимо выкопать яму. С помощью гидроцилиндра 6 осуществляют непосредственную установку бура 14 в ряду виноградника. По предварительному заключению о физико-механическом состоянии почвы оператор определяет режим работы привода бура (обычный или вибрационный). Для копания ям в вибрационном режиме задействуется редукторно-вибрационный привод бура 14. С помощью рукоятки 22 запорного подшипникового механизма по салазкам 21 выводят втулку 31 шлицевой штанги 19 с буром 14 из положения запирания и обеспечивают ее свободное перемещение в вертикальном направлении. Оператор включает ВОМ энергетического средства и гидросистемой опускает бур 14 до касания с почвой, центрируя его наконечник относительно центра будущей ямы. Привод заглубления бура осуществляется гидравлическим цилиндром энергетического средства через четырехзвенный механизм навески. Силовой момент вращения ВОМ энергетического средства поступает через предохранительную муфту 32 (предупреждающую поломку элементов привода бура при возникновении перегрузок), первый карданный вал 33, промежуточный вал 34 и второй карданный вал 35 на первичный горизонтальный вал 26 с конической шестерней 27 конического редуктора 8 и далее через коническое зубчатое колесо 29 и полый вертикальный вал 28 на штангу 19. Приведенная во вращательное движение штанга 19, соединенная с валом 28 шлицевым соединением 30, выполняет перемещения по вертикальной оси на величину высоты зубьев контактирующих шайб 15, 17, с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательные движения зубчатой шайбы 15, закрепленной на фланце 16 нижней части корпуса редуктора 8 неподвижно соосно с валом 28 и ответной зубчатой шайбы 17, закрепленной на фланце 18 штанги 19 и на нем же закрепленным сменным буром 14.
По окончании бурения гидросистемой энергетического средства производится выглубление бура 14, после чего ВОМ отключается, а гидроцилиндром 6 поворотная рама 5 с редуктором 8 и буром 14 выводится из ряда виноградника в исходное положение. Агрегат перемещается на следующую позицию.
В обычном режиме без вибрации ямобур поворотный виноградниковый работает при запертом положении шлицевой штанги 19.
Четырехзвенный механизм навески на энергосредство бура 14 служит для уменьшения хода гидроцилиндра 6 и направляет перемещение подвижного редуктора 8 с буром 14. Поворот рамы 5 относительно поперечного бруса 4 обеспечивает гидроцилиндр 6.
Так как соединение редукторного привода с рамой 5 шарнирное, бур 14 занимает отвесное положение под действием силы тяжести. Регулирование положения бура 14 осуществляется компенсационной пружиной 11 и тягой 3, шарнирно соединяющей раму 5 с редуктором 8.
Поворотная рама 5, шарнирно соединенная с поперечным брусом 4, со смещением на уровень колеи энергосредства, для поворота рабочего органа при помощи гидроцилиндра, увеличивает величину вылета рабочего органа относительно продольной оси энергетического средства.
Режущие лемеха бура 14, срезая стружку грунта, подают ее на винтовую ленту шнека, которая транспортирует взрыхленный грунт на поверхность, разбрасывая вокруг ямы. При этом для снижения энергоемкости процесса, предусмотрена возможность сопровождать вращение бура 14 вибрационными возвратно-поступательными движениями, направленными вдоль оси бура 14.
В процессе бурения ямы оси, образующие крестовины, расположенные по бокам редукторного привода, имеют возможность двигаться на нижних и верхних пружинах в корпусе, закрепленном на раме 5, образуя амортизационный пружинно-шарнирный механизм. Такое крепление редуктора 8 на поворотной раме 5 обеспечивает дополнительные возвратно-поступательные колебательные движения бура 14, а также способствует стабилизации его положения.
Экспериментальный образец ямобура поворотного виноградникового изготовлен сектором разработки и исследований макетных и экспериментальных технологических установок ФГБНУ «ВННИИВиВ «Магарач» РАН». Габаритные размеры, мм: ширина - 1650, длина - 2915, высота - 1475. Сменные буры для апробации диаметром, мм: 150; 250 и 450 мм. Конструктивная масса, кг - 550. Основные модифицированные узлы для экспериментального образца ямобура поворотного виноградникового изготовлены с учетом результатов опробования макетных образцов его узлов, проведенных в почвенном канале и в полевых условиях экспериментального хозяйства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» птг. Аграрное Симферопольского района Республики Крым. Скорость вращения бура 182 об/мин, зубчатые шайбы установлены на фланцах диаметром 180 мм, количество зубьев на шайбе 16 шт., установленная амплитуда возвратно-поступательных движений 3,0 мм, их частота 48,5 с-1.
Ямобур поворотный виноградниковый опробован для выкопки ям под шпалерные столбы (укомплектованный буром диаметром 150 мм) и ремонта (укомплектованный бурами диаметром 250 мм) существующих виноградников с междурядьями шириной не менее 2,0 м, как по оси движения трактора, так и при боковом смещении ям относительно оси на расстоянии до 1500 мм без дополнительных поворотов трактора. Агрегатирование экспериментального образца ямокопателя осуществляли с тракторами типа МТ3-80 и ЮМЗ «Беларусь». Также проведены испытания ямобура поворотного виноградникового с экспериментальным рабочим органом диаметром 450 мм, снабженным сменным лемехом (ножом) и коротким пером (наконечником).
Получены данные экспериментов свидетельствуют о значительном снижении энергоемкости бурения ям на твердых почвах ямобуром поворотным виноградниковым, содержащим зубчатые шайбы: неподвижную в нижней части редуктора и зафиксированную на приводной шлицевой штанге бура, а также пружинно-амортизационное крепление редуктора на поворотной раме.
По результатам экспериментального опробования технических решений в производственных условиях получены данные для разработки конструкторской документации на опытный образец ямобура поворотного виноградникового.
Использование изобретения расширяет технологические возможности ямобура. Ямобур, используя вибрационный эффект привода бура, крошит твердую почву, ускоряет процесс выкопки ям на установленную глубину. Максимальная глубина ям с учетом параметров экспериментальных буров - 900 мм. Расчетная производительность за час основного времени при рытье ям под посадку саженцев и при рытье ям на ремонтных работах увеличивается на 15-30%, а снижение энергоемкости процесса достигает более 20%.
Совокупность существенных признаков изобретения позволяет достигнуть технический результат, о чем свидетельствует существующая следующая причинно-следственная связь. Использование новых технических решений в ямобуре поворотном виноградниковом позволяет проводить работы в садах и на виноградниках для выкопки ям под посадку новых плантаций винограда, садов, ягодных кустарников, декоративных и прочих насаждений на твердых почвах и для ремонтных работ на виноградниках, возделываемых по современным технологиям.
Применение редукторно-вибрационного узла с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательное по вертикальной оси на величину высоты зубьев контактирующих шайб: зубчатой шайбы, закрепленной на фланце нижней части корпуса редуктора неподвижно соосно с валом и ответной зубчатой шайбы, закрепленной на фланце штанги и бура, а также пружинно-амортизационной подвески узла и увеличением величины вылета рабочего органа относительно продольной оси энергетического средства значительно снижает энергоемкость технологического процесса подготовки ям и повышает эксплуатационную надежность ямокопателя.
В целом, указанные отличительные признаки и свойства ямобура поворотного виноградникового снижают энергетические затраты и расширяют технологические возможности при улучшении оперативности выкопки ям на твердых почвах и в рядах виноградников.