Патент на изобретение №2311749

(54) СПОСОБ РАЗРЕЗКИ РУЛОНА СТЕБЕЛЬЧАТОГО МАТЕРИАЛА И РАЗРЕЗЧИК РУЛОНА

(57) Реферат:

Изобретения относятся к сельскому хозяйству и могут быть использованы при механизации трудоемких процессов в кормопроизводстве. При реализации способа рулон стебельчатого материала фиксируют горизонтально с растяжением стеблей по окружности рулона и распиливают по его продольной образующей. Перемещение рабочего органа с режущими элементами сверху вниз в процессе резки осуществляют под действием силы тяжести. Для достижения растяжения стеблей рулон распиливают на весу при фиксации его за сердцевину. Разрезчик рулона содержит раму и связанную с ней посредством держателей приводную цепную пилу с режущими пластинами. Пила установлена поперек продольной оси рамы и связана с держателями посредством закрепленных на них балансиров. Механизм подъема пилы выполнен в виде связывающих держатели с рамой гидроцилиндров с гибким трубопроводом. Устройство для фиксации рулона выполнено в виде кинематически связанных с рамой дополнительными гидроцилиндрами поворотных Г-образных рычагов. За счет предварительного растяжения стеблей в верхней части рулона обеспечивается разрезание рулона с минимальным энергопотреблением. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 13 ил._П, определяемым из условия

где _Р – предельный угол резанья рабочей грани пластины;

h_П – рабочая высота пластины;

L – рабочая длина пилы.

Кроме того, запорный клапан выполнен в виде установленной на держателе емкости, вмонтированной в трубопровод, внутри которой с возможностью поперечного к трубопроводу смещения для перекрытия или открытия трубопровода установлена пробка с направляющим стержнем, выходящим наружу и кинематически связанным с балансиром; запорный клапан также выполнен в виде установленного на держателе шарового крана, исполнительный элемент которого жестко связан с балансиром; балансиры снабжены противовесами пилы.

Установка пилы на держателях с возможностью вертикального перемещения посредством шарнирно закрепленных на них балансиров придает пиле способность оказывать на материал давление с усилием, не превышающим усилие резанья материала, и внедряться в материал со скоростью, соответствующей скорости вертикального перемещения режущей пластины на глубину резанья за один проход, т.к. при большей скорости опускания держателей скорость рабочего перемещения закрепленной на балансирах пилы под действием сопротивления материала замедляется с поворотом пилы относительно держателей, что и обеспечивает работу запорного клапана по перекрытию магистрали вывода рабочей жидкости из полости гидроцилиндра для торможения движения вниз держателей пилы и соответственно скорости перемещения вниз и самой пилы.

Поперечное расположение пилы к продольной оси рамы обеспечивает равномерное по длине пилы внедрение ее в рулон по продольной образующей при горизонтальной фиксации рулона Г-образными рычагами.

Фиксация балансиров пилы на держателях в направлении опускания пилы обеспечивает при захвате рулона устойчивость пилы на держателе в исходном положении, т.к. не допускает возможность самопроизвольного поворота пилы относительно держателей в сторону внедрение пилы в рулон.

Выполнение механизма подъема пилы в виде связывающих держатели с рамой гидроцилиндров, подключаемых к внешней гидросистеме подачи рабочей жидкости, при разрезке рулона снижает скорость опускания держателей пилы на холостом ходу штока цилиндра за счет инертности процесса перетекания вязкой рабочей жидкости из рабочей полости цилиндра в трубопровод магистрали подачи жидкости, что повышает чувствительность кинематической связи балансиров пилы с держателями к изменению рабочей нагрузки на пилу в зоне резанья при рабочем перемещении пилы вниз.

Применение гибкого трубопровода для подачи в гидроцилиндр рабочей жидкости допускает закрепление запорного клапана трубопровода на подвижном в вертикальном направлении держателе, благодаря чему и создается возможность управляющего воздействия перемещаемого с держателем запорного клапана на подвижно закрепленный на раме гидроцилиндр.

Установка на держателе запорного клапана для трубопровода гидроцилиндра при кинематической связи клапана с балансиром, несущим корпус пилы, обеспечивает рабочий процесс разрезчика в режиме адаптации пилы к изменению внешней нагрузки с торможением процесса опускания пилы при превышении скорости опускания держателей пилы скорости проникновения в материал ее режущих пластин на глубину резанья за один рабочий ход и прекращением указанного торможения при соответствии этих скоростей.

Выполнение устройства фиксации рулона в виде двух шарнирно закрепленных на раме поворотных Г-образных рычагов, кинематически связанных с рамой посредством дополнительных гидроцилиндров, обеспечивает возможность фиксации рулона на весу за сердцевину с расположением продольной оси рулона в горизонтальной плоскости, что усиливает предварительное растяжение стеблей верхней части подвешенного рулона, необходимое для последующего вывода концов разрезанных стеблей из активной зоны рабочего органа.

Применение зубчатой рабочей грани режущей пластины с наклоном ее к продольной оси пилы под углом _п, определяемым из условия , обеспечивает распиливание стеблей при работе пилы, что снижает силу резанья пилы и соответственно энергоемкость процесса разрезки рулонов.

Выполнение запорного клапана в виде установленной на держателе емкости (первый пример исполнения), вмонтированной в трубопровод, внутри которой с возможностью поперечного к трубопроводу смещения для перекрытия или открытия трубопровода установлена пробка, кинематически связанная с балансиром, обеспечивает функциональную связь силы давления на материал опускаемой пилы с величиной воспринимаемого ею технологического сопротивления при разрезании материала рулона в режиме поддерживания оптимального диапазона скорости перемещения пилы, при котором исключается перегрузка на рабочий орган разрезчика рулона.

Выполнение запорного клапана в виде установленного на держателе шарового крана (второй пример исполнения), исполнительный элемент которого жестко связан с балансиром, повышает быстродействие срабатывания клапана за счет жесткого соединения его исполнительного элемента с управляющим элементом – балансиром, что повышает чувствительность механизма торможения пилы к изменению вертикальной нагрузки на режущие пластины.

Оснащение балансиров пилы противовесами обеспечивает возможность частичного обезвешивания пилы и регулировки при ее перемещении вниз под действием силы тяжести предельного усилия ее давления на материал, соответствующего заданным пределам диапазона изменения скорости рабочего перемещения пилы с учетом допускаемой вертикальной нагрузки на режущие пластины и интенсивности их заглубления в материал, что за счет выполнения условия обеспечивает минимальный по энергоемкости режим разрезания стеблей пластинами, а не энергоемкий режим резанья в условиях смятия материала корпусом пилы и затирания пилы в рулоне при резком увеличении сил трения корпуса пилы о материала.

Сущность предлагаемого устройства для осуществления способа разрезки рулона поясняется графическими материалами, где представлены:

на фиг.3 – общий вид разрезчика рулона в нерабочем положении;

на фиг.4 – вид на этот же разрезчик в плане;

на фиг.5 – общий вид разрезчика в исходном положении с рулоном;

на фиг.6 – вид в плане на этот же разрезчик с рулоном;

на фиг.7 – общий вид разрезчика с разрезанным рулоном;

на фиг.8 – общий вид пилы для разрезки рулона;

на фиг.9 – общий вид пилы в рабочем положении (первый пример конструктивного исполнения запорного клапана);

на фиг.10 – общий вид этой же пилы при избыточной нагрузке;

на фиг.11 – общий вид пилы в рабочем положении (второй пример конструктивного исполнения запорного клапана);

на фиг.12 – общий вид этой же пилы при избыточной нагрузке;

на фиг.13 – схема для обоснования угла наклона режущей грани к продольной оси пилы.

Разрезчик рулона для осуществления способа разрезки рулона содержит раму 1 с элементами подсоединения к трехточечной навеске трактора, поперечную к продольной оси рамы 1 приводную пилу с гибким цепным контуром 2 (рабочий орган), снабженным установленными в плоскости вращения контура ножевыми пластинами 3 (режущие элементы) с режущей гранью 4 – зубчатой в улучшенном варианте, установленной под углом _п к продольной оси пилы.

Конструкция пилы представляет собой поперечную пластину 5, на которой в плоскости пластины 5 закреплены две звездочки 6, одна из которых – приводная, удерживающие цепной гибкий контур 2 (например, роликовая цепь) с ножевыми пластинами 3, огибающий по контуру пластину 5.

Пила посредством двух балансиров в виде шарнирно поворотных рычагов 7, скрепленных с пластиной 5, связана с двумя держателями 8, подвижно установленными на раме 1 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, например, шарнирно закрепленными на раме 1 с возможностью поворота в вертикальной плоскости для подъема и опускания пилы, при этом рычаг 7 шарнирно закреплен на держателе 8 и установлен с возможностью фиксации в исходном положении относительно держателя 8 (например, с опорой на держатель 8) в направлении рабочего перемещения пилы вниз и одновременно с возможностью поворота вместе с пилой относительно держателя 8 в противоположном направлении вверх. Привод гибкого контура 2 пилы в предпочтительном варианте осуществляется от гидромотора, подключенного к внешней гидросистеме, например, к гидросистеме трактора. Возможно также применение для этой цели индивидуального электропривода или механического привода от вала отбора мощности трактора.

Разрезчик содержит также механизм подъема пилы в виде гидроцилиндров 9, у которых корпус шарнирно закреплен на раме 1, а шток – на соответствующем держателе 8, оборудованных гибким трубопроводом 10 для подключения рабочей полости цилиндра к внешней гидросистеме подачи рабочей жидкости, например, – к гидросистеме трактора.

По крайней мере у одного из гидроцилиндров 9 гибкий трубопровод 10 закреплен на держателе 8 и снабжен запорным клапаном 11, содержащим закрепленную на держателе 8 герметизированную емкость 12, вмонтированную в трубопровод 10, внутри которой установлена пробка 13 с направляющим стержнем 14, выходящим наружу и кинематически связанным с концом рычага 7 держателя 8, например, посредством шарнирного звена 15.

Пробка 13 установлена с возможностью поперечного к трубопроводу смещения и в нерабочем положении открывает трубопровод 10, обеспечивая свободный проход рабочей жидкости по трубопроводу 10 через емкость 12, а в рабочем положении перекрывает трубопровод 10, препятствуя этим проход рабочей жидкости по трубопроводу 10 для прерывания работы гидроцилиндров 9 и торможения опускания держателей 8 вместе с пилой под действием силы тяжести. В теле пробки 13 могут быть выполнены вертикальные сквозные отверстия для снижения торможения пробки 13 жидкостью при ее вертикальном перемещении в ту или иную сторону.

Во втором примере конструктивного исполнения запорный клапан выполнен в виде шарового крана, корпус 16 которого закреплен на держателе 8, а исполнительный элемент 17 со сквозным отверстием 18 для прохода жидкости жестко связан с рычагом 7 держателя 8. В исходном положении рычага 7 отверстие 18 сообщается с рабочей полостью трубопровода 10 для свободного прохода жидкости по трубопроводу 10.

Кроме того, разрезчик снабжен устройством для фиксации рулона в виде двух шарнирно закрепленных на раме 1 поворотных Г-образных рычагов 19 с ограничительным диском 20 на свободном заостренном конце рычага 19 для упора в торец рулона при введении конца рычага 19 в сердцевину горизонтально расположенного рулона. Рычаги 19 кинематически связаны с рамой 1 посредством дополнительных гидроцилиндров 21, у которых корпус шарнирно закреплен на раме 1, а шток – на рычаге 19, при этом в вертикальной плоскости радиус поворота пилы вместе с держателями 8 относительно рамы 1 превышает расстояние до рамы 1 от свободного конца рычага 19 в его горизонтальном рабочем положении при фиксации рулона.

Расстояние между держателями 8, рычагами 7 и звездочками 5, 6 в поперечном направлении рамы 1 превышает ширину горизонтально лежащего рулона вдоль его продольной оси.

Для регулировки предельного усилия давления пилы на материал и эквивалентного ему усилия поворота рычагов 7 с пилой относительно держателей 8 под действием материала рулона на концах рычагов 7 закреплены с возможностью регулируемого смещения вдоль рычага 7 (например, посредством резьбового соединения) противовесы 22, при этом противовес 22 и пила расположены по разные стороны от оси поворота рычага 7 относительно держателя 8. В оптимальном режиме регулировки усилия давления пилы на материал противовесами 22 остановка рабочего перемещения пилы при ее взаимодействии с рулоном должна быть исключена.

Условие для определения угла наклона _п зубчатой рабочей грани ножевой пластины к продольной оси пилы получено из следующих соображений.

При движении рабочей грани ножевой пластины с результирующей скоростью V (геометрическая сумма скорости V_h – скорости перемещения рабочего органа при подаче и скорости V_П – линейной скорости режущих элементов в направлении их рабочего хода вдоль продольной образующей рулона) в направлении под углом к продольной оси пилы процесс резанья стеблей возможен, если угол между режущей гранью ножевой пластины и направлением скорости V не превышает предельный угол резанья грани _р.

Но из треугольника скоростей следует, что , а из условия равенства времени одного рабочего хода ножевой пластины 3, проходящей со скоростью V_П путь В (ширина рулона), и времени перемещения вниз пилы со скоростью подачи V_h с максимальным за один рабочий ход заглублением в рулон ножевой пластины 3 на величину, равную высоте режущей пластины h_П, следует, что , поэтому т.е. .

Но угол =_р–_П, откуда при равенстве длины рабочего участка пилы L ширине рулона В (L=B) получаем, что

При больших значениях угла _п процесс разрезки стеблей гранью 4 пластины 3 прекращается с переходом в энергоемкий процесс выдирания стеблей из монолита рулона с разрывом стеблей, что существенно затрудняет процесс заглубления пилы в рулон и увеличивает технологическое сопротивление материала процессу разрезки рулона.

Работа разрезчика рулона по осуществлению способа разрезки рулона производится следующим образом.

Разрезчик рамой 1 навешивается на трактор посредством трехточечной навески с подсоединением трубопроводов гидроцилиндров 9, 21 и гидромотора привода пилы к внешней автономной гидросистеме, например гидросистеме трактора, после чего разрезчик устанавливается в исходное положение без рулона, при котором рычаги 19 разведены в сторону под действием гидроцилиндров 21, а держатели 8 под действием гидроцилиндров 9 подняты в крайнее верхнее положение, при котором рычаги 7 под действием веса пилы опираются на держатели 8.

Для подъема держателей 8 шток гидроцилиндра 9 выводится из его корпуса за счет подачи под давлением в рабочую полость гидроцилиндра жидкости по трубопроводу 10 при отключенном запорном клапане, у которого в этом положении в варианте исполнения (фиг.9) пробка 13 занимает открытое верхнее положение со свободным проходом жидкости по трубопроводу 10, а в варианте исполнения (фиг.11) для этого у элемента 17 в исходном положении отверстие 18 располагается вдоль трубопровода 10.

Разрезчик трактором надвигают на горизонтально лежащий на земле рулон, у которого продольная ось расположена поперек продольной оси рамы 1 разрезчика, после чего гибкий контур пилы 2 приводят в движение с горизонтальным перемещением ножевых пластин 3, а под действием гидроцилиндров 21 рычаги 19 сближают с вводом в сердцевину рулона в торцевой его части своих заостренных концов до упора в торцы рулона дисков 20, сжимающих сердцевину рулона в горизонтальном направлении вдоль его продольной оси, затем наклоном рамы 1 под действием гидронавески трактора рулон отрывается от земли и переводится в подвешенное состояние на весу в исходном положении разрезчика, в результате чего происходит обвисание левой и правой части рулона и натяжение слоя стеблей по окружности рулона в верхней его части.

Рабочий процесс разрезки рулона производится за счет сбрасывания давления в гидроцилиндрах 9 и перевода их в плавающий режим вытеснения жидкости из рабочей полости со сливом ее по трубопроводу 10 во внешнюю гидросистему под действием собственного веса пилы с рычагами 7 и держателей 8, принуждающего опускаться шток гидроцилиндра 9 и держатели 8, в результате чего пила внедряется в рулон и под действием зубчатых режущих граней 4 ножевых пластин 3 происходит распиливание стеблей материала рулона по его продольной образующей с заглублением пилы в материал верхней части рулона.

Разрезанные стебли за счет их предварительного натяжения при подвешивании горизонтально расположенного рулона под действием упругих сил интенсивно выводятся из рабочей зоны ножевых элементов 3, открывая этим доступ элементов 3 к последующим неразрезанным слоям стеблей рулона.

В случае, если скорость опускания держателей 8 превышает скорость рабочего перемещения пилы V_h, ограниченную условием , в том числе и при колебаниях плотности прессования стеблей в рулоне, в результате увеличения сопротивления проникновению пластин 3 в рулон происходит отставание пилы от держателей 8 при их движении вниз под действием силы тяжести, вызывающее поворот рычагов 7 вместе с пилой в противоположном к опусканию держателей 8 направлении, при котором кинематически связанный с рычагом 7 запорный клапан перекрывает трубопровод 10, препятствуя проходу по трубопроводу 10 рабочей жидкости, что затормаживает движение штока гидроцилиндра и опускание держателей 8. Для этого в варианте исполнения (фиг.7, 8) звено 15 при повороте рычага 7 воздействием на стержень 14 перемещает пробку 13 в рабочее крайнее нижнее положение, при котором пробка 13 перекрывает трубопровод 10, а в варианте исполнения (фиг.11, 12) элемент 16 при повороте вместе с рычагом 7 перекрывает трубопровод 10, что вызывает торможение штока гидроцилиндров 9 вплоть до кратковременной остановки и соответственно прекращения опускания держателей 8 с сохранением под действием веса пилы скорости ее рабочего перемещения вниз V_h с рычагами 7 в пределах, ограниченных условием .

По мере распиливания стеблей элементами 3 сопротивление заглублению пилы в материал снижается, пила при опускании вниз под действием силы тяжести поворачивает рычаги 7 в сторону их исходного положения с опорой на держатели 8, что приводит к выключению запорного клапана с возобновлением прохода жидкости по трубопроводу 10 для дальнейшей реализацией описанного выше цикла при подъеме пробки 13 в крайнее верхнее положение или при повороте элемента 16 рычагом 7 с открытием трубопровода 10.

После внедрения в рулон пилы на глубину, более его радиуса, рулон, удерживаемый на весу за сердцевину, теряет свою монолитность и стебельчатый материал далее дорезается в рассыпном состоянии благодаря перемещению пилы вместе с держателями 8 по радиусу, превышающему расстояние внедренных в сердцевину рулона концов рычагов 19 до рамы 1.

По окончании рабочего процесса разрезчик переводится в исходное положение, для чего под действием гидроцилиндров 10 держатели 8 при опоре на рычаги 7 поднимают пилу в верхнее положение, а гидроцилиндры 21 обеспечивают поворот рычагов 19 с выводом из зоны контакта с материалом рулона их свободных концов, после чего разрезчик отводится от разрезанного рулона.

Предлагаемые технические решения обеспечивают адаптивный процесс разрезки рулона с минимальным энергопотреблением при усилии давления рабочего органа на материал, соответствующем усилию технологического сопротивления материала при разрезке стеблей, что реализует управляемый процесс разрезания стеблей со скоростью заглубления режущих элементов в материал, согласованной со скоростью разрезания стеблей в направлении продольной образующей рулона, и исключает заклинивание пилы в материале рулона.

Формула изобретения

1. Способ разрезки рулона стебельчатого материала, включающий фиксацию рулона и его продольное распиливание сверху вниз движущимися режущими элементами приводного рабочего органа, перемещаемого под действием силы тяжести, отличающийся тем, что рулон фиксируют горизонтально с растяжением стеблей по окружности рулона в его верхней части и распиливают по продольной образующей, при этом скорость перемещения рабочего органа V_h поддерживают в диапазоне, определяемом из условия

где V_П – линейная скорость режущих элементов в направлении их рабочего хода вдоль продольной образующей рулона;

h_p – глубина резанья режущего элемента за один его рабочий проход;

В – ширина рулона,

а для указанного растяжения стеблей рулон распиливают на весу при его фиксации за сердцевину.

2. Разрезчик рулона, содержащий раму, приводную цепную пилу с режущими пластинами, посредством держателей связанную с рамой, механизм подъема пилы с возможностью ее рабочего перемещения под действием силы тяжести и устройство для фиксации рулона, отличающийся тем, что пила установлена поперек продольной оси рамы и связана с держателями посредством шарнирно закрепленных на них балансиров, в исходном положении зафиксированных относительно держателей в направлении рабочего перемещения пилы, а механизм подъема пилы выполнен в виде связывающих держатели с рамой гидроцилиндров с гибким трубопроводом для подключения к внешней гидросистеме подачи рабочей жидкости, по крайней мере у одного из которых трубопровод закреплен на держателе и снабжен запорным клапаном, кинематически связанным с балансиром, при этом устройство для фиксации рулона выполнено в виде поворотных Г-образных рычагов, кинематически связанных с рамой посредством дополнительных гидроцилиндров.

3. Разрезчик рулона по п.3, отличающийся тем, что рабочая грань режущей пластины выполнена зубчатой и наклонена к продольной оси пилы под углом _П, определяемым из условия

где _p – предельный угол резанья рабочей грани пластины;

h_П – рабочая высота пластины;

L – длина рабочего участка пилы.

4. Разрезчик рулона по п.3, отличающийся тем, что запорный клапан выполнен в виде установленной на держателе емкости, вмонтированной в трубопровод, внутри которой с возможностью поперечного к трубопроводу смещения для перекрытия или открытия трубопровода установлена пробка с направляющим стержнем, выходящим наружу и кинематически связанным с балансиром.

5. Разрезчик рулона по п.3, отличающийся тем, что запорный клапан выполнен в виде установленного на держателе шарового крана, исполнительный элемент которого жестко связан с балансиром.

6. Разрезчик рулона по п.3, отличающийся тем, что балансиры снабжены противовесами пилы.

РИСУНКИ