Роторный рабочий орган для измельчения почвы (варианты)

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному и лесохозяйственному машиностроению, в частности к роторным рабочим органам для измельчения комковатых почв и почв с древовидными включениями. Рабочий орган содержит вал с закрепленными на нем несущими дисками, измельчающие элементы, корпус и привод. Измельчающие элементы прикреплены к несущим дискам посредством упругих элементов и снабжены, по первому варианту, роликами, контактирующими при вращении с профильными уступами, установленными на корпусе. По второму варианту измельчающие элементы снабжены магнитами, взаимодействующими при вращении с магнитными вибраторами, установленными на корпусе. Вибраторы выполнены в виде постоянного магнита с полюсами, расположенными в плоскости перпендикулярной оси вращения и направленными по касательной к продольной оси упругих элементов, а полюсами магнитов направлены в противоположную сторону. Упругие элементы выполнены в виде металлических стержней с прямоугольным поперечным сечением, причем большая сторона направлена поперек вращения. Профильные уступы могут быть выполнены четверть синусоидальными. Такое конструктивное выполнение позволит увеличить скорость вхождения ножей в почвы. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к сельскохозяйственному и лесохозяйственному машиностроению, в частности к роторным рабочим органам для измельчения комковатых почв и почв с древовидными включениями.

Известен роторный рабочий орган лесной унифицированной фрезы, включающий привод, корпус и ротор с закрепленными на нем измельчающими элементами (Зима И. М., Малюгин Т.Т. Механизация лесохозяйственных работ. - М.: Лесная промышленность, 1976, с. 53).

Недостатком известного рабочего органа является низкое качество обработки комковатых почв и почв с растительными и древовидными остатками, а также выход его из строя при встрече ножей с трудноизмельчаемыми предметами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ротационный рыхлитель почвы, включающий раму, принудительно вращающиеся барабаны, в дисках которых установлены держатели с рабочим органом с жестко закрепленными на его конце кривошипами, и направляющие с роликами (А.с. СССР 865149, МКИ A 01 В 33/02).

Недостатки известного рабочего органа заключаются в том, что он сложен по конструкции и не обеспечивает требуемое качество рыхления почв с растительными и древовидными включениями, а также забивается и залипает при работе.

Изобретение решает задачу повышения эффективности функционирования роторного рабочего органа при измельчении комковатых почв и почв с древовидными включениями.

Технический результат заключается в увеличении скорости вхождения ножей в почву.

Для достижения технического результата в роторном рабочем органе для измельчения почвы, включающем вал с закрепленными на нем несущими дисками, измельчающие элементы, корпус и привод, согласно изобретению по первому варианту измельчающие элементы прикреплены к несущим дискам посредством упругих элементов и снабжены роликами, контактирующими при вращении с профильными уступами, установленными на корпусе, выполненными, например, четверть синусоидальными; по второму варианту измельчающие элементы прикреплены к несущим дискам посредством упругих элементов и снабжены магнитами, взаимодействующими при вращении с магнитными вибраторами, установленными на корпусе.

Упругие элементы выполнены в виде металлических стержней с прямоугольным поперечным сечением, причем большая сторона направлена поперек вращения.

По второму варианту вибраторы выполнены в виде постоянного магнита с полюсами, расположенными в плоскости перпендикулярной оси вращения, и направлены по касательной к продольной оси упругих элементов, а полюса магнитов направлены в противоположную сторону.

С целью избежания нежелательных колебаний в поперечной относительно оси вращения плоскости измельчающих элементов длина поперечного сечения упругих элементов больше ширины, в результате чего жесткость сечения вдоль оси ротора больше, чем в поперечной плоскости. Измельчающие элементы колеблются только в плоскости, перпендикулярной продольной оси ротора.

Известно упругое крепление измельчающих элементов к ротору рабочего органа (Дорожные машины. В 2-х частях. Ч.11. Машины для устройства дорожных покрытий. - М.: Машиностроение, 1982, с. 101), которое позволяет измельчающим элементам отклоняться от нормали, проходящей через ось вращения ротора. Это предохраняет рабочий орган от поломок при встрече препятствий. Однако упругие элементы работают в таких устройствах только в экстремальных условиях, выполняя функции демпфера, что не увеличивает скорость вхождения измельчающих элементов в почву без увеличения угловой скорости вращения ротора.

В предлагаемом рабочем органе упругое крепление измельчающих элементов к несущим дискам позволяет запасать потенциальную энергию упругих деформаций во время холостого хода и отдавать ее в период вхождения измельчающих элементов в почву. Это позволяет повышать линейную скорость движения измельчающих элементов в рабочий период при прежней угловой скорости вращения ротора. Высокая скорость - необходимое условия для измельчения комков и древовидных включений в почве. Процесс вхождения измельчающих элементов в почву приобретает ударный характер.

Применение упругого крепления измельчающих элементов к несущим дискам в виде металлических стержней прямоугольного поперечного сечения упрощает конструкцию устройства.

Известно применение роликов в роторных подборочных органах сельскохозяйственных машин (Кукурузоуборочные машины. /К.А. Шатилов, Б.Д. Козачок, А.П. Орехов и др. - М.: Машиностроение, 1981, с. 22) и в ротационных рыхлителях почвы (А.с. СССР 424516, МКИ А 01 В 33/02). В этих устройствах ролики установлены либо непосредственно на роторе, либо на кривошипах и контактируют с направляющими с целью придания подбирающим или измельчающим рабочим органам определенной траектории движения, обусловленной кинематикой их взаимного расположения.

В предлагаемом устройстве ролики установлены непосредственно на концах измельчающих элементов, противоположных ротору, и контактируют с профильными уступами, расположенными на корпусе рабочего органа и выполняющими функцию возбудителей колебаний. В данном случае ролики выполняют функцию одной из поверхностей качения, а взаимодействие роликов и профильных уступов на корпусе рабочего органа определяет динамику функционирования устройства. Профильные уступы на корпусе рабочего органа выполняют функцию гасителя линейной скорости движения роликов и наружных концов упругих элементов в период холостого хода. Они деформируют упругие элементы, сообщают им начальный прогиб. Упругие элементы запасают потенциальную энергию упругих деформаций.

Форма поперечного сечения упругих элементов обеспечивает работоспособность устройства и повышает стабильность функционирования рабочего органа.

Известно использование принципа вибрации рабочих органов для уменьшения сопротивления почвы при ее измельчении (Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. - М.: Машиностроение, 1983, 80 с.). Применяются обычные лемешные органы, которые получают колебания за счет механических приводов, выполненных в виде эксцентриковых механизмов. В известных устройствах величина частоты колебаний явно недостаточна для получения эффекта снижения усилия измельчения, а средняя скорость движения рабочих органов не изменяется.

В предлагаемом устройстве принципиально иначе выполнен источник колебаний рабочих органов, а эффект повышения качества измельчения достигается не только за счет колебаний рабочих органов, а, главным образом, за счет увеличения скорости взаимодействия рабочих органов с комковатой почвой и почвой с древовидными включениями.

На фиг.1 показана схема роторного рабочего органа (вариант 1); на фиг.2 - продольный разрез ротора по оси его вращения; на фиг.3 - поперечное сечение упругих элементов по линии А-А; на фиг.4 - крепление измельчающего элемента с роликом на упругом элементе; на фиг.5 - схема рабочего органа с магнитными возбудителями колебаний (вариант 2).

По первому варианту роторный рабочий орган состоит из корпуса 1, в котором установлен на подшипниках вал ротора 2 с закрепленными на нем посредством шпонки 3 несущими дисками 4, к которым посредством упругих элементов, например металлических стержней 5, прикреплены измельчающие элементы 6 с роликами 7. Движение ротор получает от привода 8, причем при вращении вала ротора 2 ролики 7 обкатывают профильные уступы 9 на корпусе 1, например, выполненные четверть синусоидальными.

Упругие элементы 5 выполнены в виде. металлических стержней с прямоугольным поперечным сечением, причем большая сторона направлена поперек вращения.

По второму варианту в роторном рабочем органе на корпусе 1 закреплены магнитные вибраторы 10 (вместо профильных уступов 9), а на измельчающих элементах 6 установлены магниты 11 (взамен роликов 7). Магнитные вибраторы 10 выполнены, например, в виде постоянного магнита, у которого полюса N, S расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, и направлены по касательной к продольной оси упругих элементов 5. Магниты 11 установлены таким образом, чтобы их полюса S, N были направлены в противоположную сторону полюсов магнитного вибратора 10. Магнитные вибраторы 10 способствуют исключению шума, возникающего при работе устройства.

Роторный рабочий орган по первому варианту работает следующим образом.

Агрегатируемое с тяговым средством, например трактором (не показано), устройство перемещается по обрабатываемой поверхности почвы, изобилующей твердыми комками, растительными и древовидными остатками. От тягового средства посредством привода 8 получает вращение вал ротора 2 в направлении, указанном стрелкой, при этом ролики обкатывают профильные уступы 9 на корпусе 1. Под действием центробежной силы измельчающие элементы 6 с роликами 7 стремятся переместиться к периферии ротора и придают продольной оси упругих элементов 5 форму прямой линии, нормальной продольной оси ротора.

В момент времени, когда очередной ролик начинает контактировать с профильным уступом 9, его (ролика) скорость движения и, следовательно, скорость движения измельчающего элемента 6 замедляется при прежней скорости вращения вала ротора 2. В результате такого взаимодействия упругий элемент 5 изгибается в плоскости вращения, продольная ось его приобретает форму кривой, выпуклая часть которой направлена в сторону вращения. В результате этого в упругом элементе 6 запасается потенциальная энергия упругих деформаций.

В момент времени, когда очередной ролик 7 соскальзывает с профильного уступа 9, скорость его движения и, следовательно, скорость движения измельчающего элемента 6 увеличивается. Запасенная потенциальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую. Продольная ось упругого элемента 5 распрямляется. В момент вхождения измельчающего элемента 6 в почву его линейная скорость становится больше линейной скорости точки, принадлежащей воображаемой окружности, проходящей через концы всех измельчающих элементов. При такой скорости взаимодействия измельчающих элементов 6 с почвой процесс приобретает ударный характер, что способствует разрушению твердых комков и перерубанию древовидных остатков. Колебания упругих элементов 5 содействуют интенсивному вхождению измельчающих элементов 6 в почву и рыхлению. В почве упругие колебания измельчающих элементов 6 затухают за счет сил сопротивления почвы измельчению, и в момент выхода измельчающих элементов из почвы ось упругих элементов 5 вновь приобретает форму прямой линии, нормальной оси вращения ротора.

Колебания измельчающих элементов 6 в направлении, перпендикулярном плоскости их вращения, не желательны, поскольку это может привести к нарушению стабильности и устойчивости работы. Чтобы исключить эти возможные колебания, сечения упругих элементов 5 (по линии А-А) выполнены таким образом, что длина сечения b в направлении оси Y больше ширины а по оси X. При таком соотношении колебания осуществляются в направлении меньшей жесткости, т.е. в плоскости вращения Х-Z (ось Z направлена на наблюдателя). Кроме этого, возбуждающая колебания сила взаимодействия роликов 7 с профильными уступами 9 на корпусе 1 действует в плоскости Х-Z, опять же в плоскости вращения измельчающих элементов 6. Для того чтобы возбуждающая сила взаимодействия роликов 7 с профильными уступами 9 плавно прикладывалась к упругим элементам 5, сами уступы 9 имеют профиль четверть синусоиды. Все вышеизложенные конструктивные решения обеспечивают стабильную работу устройства.

В момент выхода измельчающих элементов 6 из почвы их колебания обеспечивают очистку рабочих органов от налипшей почвы и устраняют забивку. Кроме этого, наличие упругих элементов 5 предотвращает поломку устройства от временных перегрузок в случае взаимодействия измельчаемых элементов 6 с трудноизмельчаемыми предметами, например с камнями. Синусоидальная форма уступов 9 обеспечивает плавный контакт с роликами 7 и постепенное нарастание деформаций в упругих элементах 5.

Устройство по второму варианту работает аналогичным образом. В момент времени, когда магнит 11, установленный на измельчающем элементе 6, начинает взаимодействовать с магнитным полем обратной полярности, созданным магнитным вибратором 10, скорость движения магнита 11, а вместе с ним и измельчающего элемента 6, замедляется, что вызывает искривление продольной оси упругих элементов 5, в результате чего они запасают потенциальную энергию за счет упругой деформации. Далее устройство работает аналогично устройству по первому варианту. Такое конструктивное решение полностью устраняет шум, возникающий при взаимодействии, путем исключения механического контакта.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить эффективность функционирования роторного рабочего органа при измельчении комковатых почв и почв с древовидными включениями.

Формула изобретения

1. Роторный рабочий орган для измельчения почвы, включающий вал с закрепленными на нем несущими дисками, измельчающие элементы, корпус и привод, отличающийся тем, что измельчающие элементы прикреплены к несущим дискам посредством упругих элементов и снабжены роликами, а на корпусе выполнены профильные уступы.

2. Роторный рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде металлических стержней с прямоугольным поперечным сечением, большая сторона которого направлена поперек вращения.

3. Роторный рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что профильные уступы выполнены в виде четверти периода синусоиды.

4. Роторный рабочий орган для измельчения почвы, включающий вал с закрепленными на нем несущими дисками, измельчающие элементы, корпус и привод, отличающийся тем, что измельчающие элементы прикреплены к несущим дискам посредством упругих элементов и снабжены магнитами, а на корпусе установлены магнитные вибраторы.

5. Роторный рабочий орган по п.4, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде металлических стержней с прямоугольным сечением, большая сторона которого направлена поперек направления вращения.

6. Роторный рабочий орган по п.4, отличающийся тем, что вибраторы выполнены в виде постоянного магнита с полюсами, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и направленными нормально к продольной оси упругих элементов, а полюса магнитов упругих элементов направлены в противоположную сторону.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5