Устройство для определения сопротивления и степени износа почвообрабатывающих рабочих органов

 

Использование: сельскохозяйственное машиностроение, в частности, стендовое оборудование для ускоренных испытаний почвообрабатывающих рабочих органов, их энергооценки и износостойкости. Сущность изобретения: устройство содержит установленный на вертикальном валу кольцевой желоб с почвой, вал с приводом поворота, кронштейн для крепления испытуемых рабочих органов и приспособления для уплотнения и перемещения почвы. Устройство снабжено блоком приспособлений для обработки почвы и приспособлениями для уплотнения и перемещения почвы, размещенных на ступицах ротора, имеющего возможность поворота вокруг горизонтальной оси, для установки в работу того или иного приспособления. Ротор установлен посредством опорной тележки на желобе с почвой и дополнительно соединен с рамой опорной тележки фиксатором. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к стендам для ускоренных испытаний почвообрабатывающих рабочих органов, их энергооценки и износостойкости.

Известна установка для исследования узлов сельскохозяйственных машин, преимущественно прореживателей, с датчиком обнаружения растений и исполнительным рабочим органом, содержащая почвенный канал и перемещающуюся по направляющим рельсовую тележку с приводом, в которой, с целью приближения условий испытаний к естественным и повышения эффективности исследования, тележка снабжена смещенными в поперечной плоскости механизмами крепления датчика и исполнительного рабочего органа прореживателя, а почвенный канал выполнен из двух секций, первая из которых расположена под механизмом крепления датчика обнаружения растений, а вторая - под механизмом крепления исполнительного рабочего органа, причем первая секция выполнена в виде рядка моделей растений, а вторая заполнена почвой; модели растений выполнены из эластичного электропроводящего материала с окраской под имитируемую культуру; тележка снабжена выравнивателем, состоящим из двух скребковых пластин и укатчика [1].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства несмотря на наличие выравнивателя в виде скребковых пластин и укатчика относятся невозможность создания адекватных условий испытаний, сопоставимых к реальным производственным условиям и низкая надежность экспериментальных данных. Скребковые пластины способны лишь смещать почву от краев к центру почвенного желоба. В описанной установке невозможно изменять плотность почвы и ее физическое состояние.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является устройство для определения сопротивления и степени износа почвообрабатывающих рабочих органов, содержащее установленный на вертикальном валу кольцевой почвенный канал, привод вала, кронштейн для рабочих органов и устройство для уплотнения почвы, расположенное перед кронштейном для рабочих органов относительно направления вращения вертикального вала, в котором, с целью повышения точности и снижения энергозатрат, оно снабжено устройством для перемещения почвы от краев почвенного канала к его центральной части, которое размещено относительно направления вращения вала перед устройством уплотнения почвы [2]. Это устройство нами принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся недостаточно широкие функциональные возможности и низкий уровень достоверности результатов экспериментов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - расширение функциональных возможностей устройства для ускоренных испытаний, энергооценки и износостойкости почвообрабатывающих машин.

Технический результат - повышение достоверности экспериментальных данных и снижение трудозатрат при проведении испытаний.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем установленный на вертикальном валу кольцевой почвенный канал, привод вала, кронштейн для рабочих органов и устройство для уплотнения и перемещения почвы, расположенные перед кронштейном для рабочих органов относительно направления вращения вертикального вала, оно снабжено блоком структурного преобразования почвы в виде вибратора в полости гладкого цилиндра для уплотнения внутренних почвенных горизонтов, кольчато-шпорового катка для разрушения комьев почвы, ребристого катка для создания сложного профиля верхнего слоя, измельчителя почвы в виде приводного фрезерного барабана, фронтально размещенных пакетов стрельчатых лап для крошения почвенных агрегатов в верхнем горизонте и глубокорыхлителей для аэрации и увлажнения нижних почвенных горизонтов и с устройствами для уплотнения и перемещения почвы в виде приводного цилиндра с разнонаправленной шнековой навивкой размещены на ступицах ротора, снабженного возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, совмещенной с радиальной плоскостью кольцевого почвенного канала, и установленного посредством опорной тележки на кольцевом почвенном канале и дополнительно соединенного с рамой опорной тележки фиксатором, причем приводы фрезерного барабана и устройства для перемещения почвы размещены оппозитно внутри и соосно оси поворота полого ротора; ротор выполнен в виде пары параллельных дисков с цапфами на фланцах и соединенных между собой парой полых балок жесткости, размещенных в диаметральной плоскости ротора параллельно его оси поворота, причем цапфы ротора соединены посредством стоечных корпусов с рамой опорной тележки; фиксатор ротора выполнен в виде подвижного и подпружиненного штока, один конец которого снабжен упором и размещен в кольцевой канавке одного из дисков ротора, а другой - в стойке рамы опорной тележки, причем второй конец штока шарнирно соединен с поворотной рукояткой через эксцентрик, а упругий элемент штока установлен с противоположной стороны стойки от эксцентрика.

За счет того, что устройство снабжено блоком структурного преобразования почвы и выполнено в виде ротора с горизонтальной осью, достигается указанный выше технический результат.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразования на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено устройство для определения сопротивления и степени износа почвообрабатывающих рабочих органов, вид сбоку.

На фиг. 2 - то же, вид в плане.

На фиг. 3 - узел 1 на фиг. 2, блок структурного преобразования почвы на опорной тележке, вид в плане.

На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3, продольный разрез опорной тележки и поперечный разрез блока структурного преобразования почвы.

На фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4, диаметральное сечение ротора блока структурного преобразования почвы.

На фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 4, диаметральное сечение каркаса ротора и его фиксатора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Устройство для определения сопротивления и степени износа преимущественно почвообрабатывающих рабочих органов сельскохозяйственных машин (см. фиг. 1 и 2) содержит кольцевой почвенный канал 1 с почвой, вертикальный вал 2 привода кольцевого канала 1, угловой конический редуктор 3, многоступенчатый цилиндрический редуктор 4 с переменным положением его шестерен и источник мощности в виде трехфазного электродвигателя 5. В диаметральной плоскости кольцевого почвенного канала 1 размещены две стойки 6 и 7. Стойка 6 снабжена горизонтальной радиально-направленной балкой 8 для установки испытуемого рабочего органа 9, например, универсальной стрельчатой культиваторной лапы. Рабочий орган 9 с балкой 8 соединен посредством тензометрического звена 10, снабженного возможностью переустановки на балке 8 и определения численного значения компонента тягового сопротивления R_z, R_x и R_y, соответственно, в продольно-вертикальной, горизонтальной и поперечно-вертикальной плоскостях. Глубина хода испытуемого рабочего органа 9 изменяется перемещением его стойки в вертикальном канале тензометрического звена 10. Стойка 7 снабжена опорным роликом 11, ось которого ориентирована в радиальной плоскости кольцевого почвенного канала 1. Ролик 11 сопряжен с кольцевой шиной 12 (см. фиг. 1), установленной под днищем 13 кольцевого почвенного канала 1 на ее периферийной части. Смещением от стойки 7 вправо (против направления вращения кольцевого почвенного канала 1, см. фиг. 2) размещен Г-образный кронштейн 14, который соединен с опорной тележкой 15. Рама опорной тележки 15 снабжена двумя парами колес 16 с ребордами 17, установленными на осях 18 стоек 19. Колеса 16 с ребордами 17 обеспечивают устойчивое положение опорной тележки 15 на направляющих 20 и 21 кольцевого почвенного канала 1. На раме опорной тележки 15 установлен блок 22 структурного преобразования почвы.

Блок 22 структурного преобразования почвы (см. фиг.3 - 6) выполнен в виде ротора и размещен на раме опорной тележки 15 с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Горизонтальная ось блока 22 совмещена с радиальной плоскостью кольцевого почвенного канала 1. Блок 23 для уплотнения внутренних почвенных горизонтов и размещенного в полости гладкого цилиндра 24, кольчато-шпоровым катком 25 для разрушения комьев почвы, ребристым катком 26 для создания сложного профиля верхнего слоя почвы, измельчителем почвы в виде приводного фрезерного барабана 27 для создания требуемого количества эрозионно-опасных почвенных частиц, пакетом фронтально размещенных стрельчатых лап 28 для крошения почвенных агрегатов в верхнем горизонте, рядом глубокорыхлителей 29 для аэрации и увлажнения нижних почвенных горизонтов, устройством 30 для перемещения почвы по ширине почвенного желоба кольцевого почвенного канала 1 и устройством 31 для уплотнения и выравнивания рельефа верхнего почвенного слоя. Вибратор 23, кольчато-шпоровой каток 25, ребристый каток 26, фрезерный барабан 27, пакет стрельчатых лап 28, ряд глубокорыхлителей 29, устройства 30 и 31 установлены равномерно друг от друга по периферийной части ротора.

Ротор блока 22 выполнен в виде пары параллельных дисков 32 и 33, снабженных пустотелыми цапфами 34 на фланцах и взаимно соединенных сварными швами и парой полых балок жесткости 35. Балки жесткости 35 размещены в диаметральной плоскости ротора параллельно его оси поворота. Цапфы 34 ротора соединены посредством стоечных корпусов 36 с рамой опорной тележки 15. Диски 32 и 33 на себе несут валы 37 и 38 и оси 39, 40, 41 и 42, соответственно, устройства 31, катка 25, катка 26 и вибратора 24, размещенных в подшипниковых узлах 43. Соосно геометрическим осям пустотелых цапф 34 на дисках 32 и 33 посредством болтов закреплены оппозитно фланцевые электродвигатели 44 и 45 для привода во вращение валов 37 и 38 фрезерного барабана 27 и устройства 30 для перемещения почвы по ширине почвенного желоба канала 1.

Вал 46 двигателя 44 снабжен блоком зубчатых звездочек 47, который цепной передачей соединен с блоком 48 зубчатых звездочек на валу 37 фрезерного барабана 27. Вал 49 двигателя 45 соединен с валом 38 посредством втулочно-роликовой цепи 50, размещенной на одной из пар звездочек 51 и 52 на ступицах блоков 53 и 54. Такое конструктивное выполнение приводов фрезерного барабана 27 и устройства 30 позволяет в широком диапазоне изменять частоту вращений их роторов, а также величину подачи, и тем самым повысить качество подготовки почвы и выравнивания, степени ее измельчения при создании необходимого количества эрозионно-опасных частиц. Полые цапфы 34 с валами 46 и 49 приводов 44 и 45 размещены в подшипниковых опорах 36 на раме опорной тележки 15.

Устройство 30 для выравнивания почвы выполнено в виде полой цилиндрической ступицы 56 на приводном валу 38. На ступице 56 размещены левая и правая навивки 57 с левым и правым вращениями, изменяющимися от середины ступицы 56.

Балки жесткости 35 на своих боковых гранях несут кронштейны 58 для крепления рыхлителей 29, пакета стрельчатых лап 28, а также, кроме названных, могут быть закреплены лапы-бритвы, отвальчики, долота, устройства для создания сложного рельефа в виде окучников, боронок и других ротационных рабочих органов, в т.ч. и новые экспериментальные рабочие органы.

Ротор блока 22 с рамой опорной тележки 15 дополнительно связан фиксатором 59. Фиксатор 59 ротора выполнен в виде подвижного и подпружиненного штока 60, один конец которого снабжен упором 61, а другой - отверстием для соединения с осью 62. Ось 62 сопряжена с эксцентриком 63. Эксцентрик 63 снабжен поворотной рукояткой для перемещения штока 60 фиксатора 59. Шток 60 с упором 61 размещен в кольцевом пазе 64 правого диска 32 ротора. Кольцевой паз 64 с внутренней части диска 32 закрыт П-образным ребром жесткости 65. Рама опорной тележки 15 снабжена кронштейном 66. Верхняя часть кронштейна 66 снабжена отверстием, в котором установлен шток 60. Шток 60 снабжен упором 67. На штоке 60 между упором 67 и кронштейном 65 размещен упругий элемент 68. Для удобства обслуживания эксцентрик 63 снабжен рукояткой 69.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом испытаний в опорный желоб кольцевого почвенного канала 1 засыпают грунт и почву, характерные для зоны, где предусматривается эксплуатация почвообрабатывающих рабочих органов. Толщину почвенного слоя и грунта в почвенном желобе выдерживают равными залеганию и мощности почвы в естественных условиях. Влажность почвы изменяют капельным орошением при ее повышении и глубоким рыхлением ее снижают.

Испытуемый рабочий орган 9 устанавливают в кронштейне тензометрического звена 10 на заданной глубине обработки. Рабочую скорость подачи почвы к рабочему органу 9 осуществляют подбором передачного отношения в приводе многоступенчатого цилиндрического редуктора 4, представленных в заранее подготовленных таблицах. Корректировку рабочей скорости осуществляют перемещением кронштейна тензометрического звена 10 на радиально-направленной балке 8 стойки 6. Под нагрузкой рабочего органа 9 проверяют работу тензометрической аппаратуры и бортового ЭВМ. Далее рукоятку 69 фиксатора 59 переводят в сторону стойки 66. Под действием усилия сжатых витков упругого элемента 67 шток 60 вместе с упором 61 смещается в сторону П-образного ребра жесткости 65. Оператор усилием руки на полых цапфах 34 в стоечных корпусах 36 поворачивает блок 22 таким образом, чтобы устройство 31 для уплотнения и выравнивания рельефа верхнего почвенного слоя касалось поверхности почвы в желобе канала 1.

При включенном приводе вращение от вала электродвигателя 5 через соединительную муфту передается на приемный вал многоступенчатого редуктора 4. Выходной вал редуктора 4 соединительной муфтой связан с угловым коническим редуктором 3. Вертикальный вал 2 редуктора 3 приводит во вращение кольцевой почвенный канал 1. Давление цилиндрического катка устройства 31 и веса опорной тележки 15 с блоком 22 структурного преобразования почвы воспринимается опорным роликом 11 на стойке 7. Это обеспечивает равномерное без перекосов вращение кольцевого почвенного канала 1. При этом устройством 31 почва в желобе канала 1 выравнивается и уплотняется. Степень уплотнения почвы в опорном почвенном желобе изменяется поворотом ротора на его полых цапфах 34 путем приближения или удаления поверхности катка от верхнего почвенного слоя. Равномерное уплотнение почвенного слоя в канале 1 позволяет создать сопоставимые условия по всей длине опорного желоба и тем самым набрать в ходе испытаний число экспериментальных данных, например, количество отметок по тяговому сопротивлению, достаточное для обеспечения надежности не ниже 0,7.. .0,9 и сформировать соответствующий банк данных.

Перед началом испытаний экспериментальный рабочий орган, например, стойку щелевателя, закрепляют на стойке кронштейна 6. Приводом кольцевого почвенного канала с заданной рабочей скоростью при неподвижной стойке щелевателя в опорном желобе, снимая как энергетические, так и качественные показатели рабочего процесса. После многократного прохода в опорном желобе канала 1 осталась щель глубиной 45 см и шириной 4 см. На поверхности почвы в желобе канал 1 рядом с щелью лежат комья земли. Для приведения почвы в опорном желобе 1 в исходное состояние, освободив фиксатором 59 ступицу 34 ротора, подводят кольчато-шпоровой каток 25 к поверхности почвы. Затем ротор закрепляют на раме опорной тележки 15. Включают привод вращательного движения кольцевого почвенного канала 1. Шпорами катка 25 при их вращении на оси 25 комья земли раздавливаются. После прохода катка 25 в средней части желоба канала 1 по направлению движения испытываемого рабочего органа остается выпуклый вал. Для устранения вала и уплотнения почв подводят к ее поверхности в опорном желобе канала 1 вибратор 24. При подаче электроэнергии к вибратору 24 и поступательном перемещении опорной тележки 15 по отношению к поверхности почвы в кольцевом канале 1 по направляющим 20 и 21 почва уплотняется, а свальный гребень уменьшается. Однако из-за почвенных разностей и пустот в агрегатах почвенных комьев образовались ложбины. Для выравнивания рельефа почвы в опорном желобе канала 1, освободив фиксатором 59 ступицу диска 32 ротора блока 22 подводят устройство 30 для перемещения почвы от направляющих 20 и 21 к поверхности опорного желоба канала 1. Включают электродвигатель 45 в сеть. При вращении вала 49 электродвигателя 45 посредством цепной передачи 50 получает привод вал 58 ступицы 56 вместе с шнековой навивкой 57. Витки шнека 57 захватывают комья земли и слой почвы и перемещают их от направляющих 20 и 21 к середине желоба канала 1. Реверсивной кнопочной станцией магнитного пускателя двигателя 45 изменяют направление вращения вала 58. В данном случае почва распределяется в канале 1 от середины желоба к направляющим 20 и 21. При завершении подготовки почвы к следующему опыту, устройство 30 возвращают в исходное положение.

После длительного периода почва в опорном желобе канала 1 иссушается. Ее влажность снижается до 5 - 7%. Для создания нормальной влажности (20 - 22%) или условий испытаний с повышенной влажностью (30 - 45%), производят рыхление почвы, нарезая щели стойками 29 глубокорыхлителей. Описанным способом рыхлители 29 устанавливают на заданную глубину крошения почвы. Затем производят поверхностный полив или влагу подают под давлением через дренажную трубу на днище 13 опорного желоба канала 1.

Для уничтожения почвенной корки и создания мелкокомковатой, хорошо разделанной почвы в верхнем слое до 16 см к поверхности канала подводят пакет стрельчатых лап 28. При вращении кольцевого почвенного канала происходит обработка верхнего слоя.

При испытании рабочих органов сельскохозяйственных машин и орудий, предусмотренных для поверхностной обработки почвы и междурядной обработки пропашных сельскохозяйственных культур, поверхность почвы уплотняют, прикатывая катками 25, 26 и 31.

Для проведения испытаний почвообрабатывающих машин на износ в верхнем слое создают почвенную смесь с большим количеством эрозионно-опасных частичек и почвенных фракций с размерами 0,01 - 0,5 мм. Для этого при разблокированном роторе фрезерный барабан 27 подводят к поверхности почвы. Изменениями окружной скорости почвенного желоба кольцевого почвенного канала 1 и частоты вращения вала 38 фрезерного барабана 27 добиваются требуемого количества измельченной почвы. Дальнейшие испытания проводят в установленном порядке.

В известном почвенном канале лабораторного корпуса Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии на подготовку почвы при испытании стрельчатых лап тратится каждый раз до 2 ч времени и труд 3 - 4 лаборантов. Разрывы между опытами даже одной серии превышают 12 ч. Даже при 5-кратной повторности опытов надежность результатов экспериментального исследования не достигает 0,7. Заявленное техническое решение заложено в кольцевом почвенном канале лабораторного корпуса НПО "Орошение". По расчетным данным устройство для определения сопротивления и степени износа рабочих органов сельскохозяйственных машин позволит снизить затраты времени на подготовку почвы до 0,5 часа и использовать при этом лишь одного лаборанта. Подготовленная описанными приемами почва в опорном желобе максимально приближена к естественным условиям.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в сельскохозяйственном машиностроении; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 582471. М.кл. ² G 01 M 19/00/ Установка для исследования узлов сельскохозяйственных машин. Скоропад В.М., Кашуро А.С. и Виткевич Л.А. Заявлено - 19.04.1974. Опубликовано - 30.11.1977.

2. Авторское свидетельство СССР N 1405716. М.кл. ⁵ A 01 B 17/00/ Устройство для определения сопротивления и степени износа почвообрабатывающих рабочих органов. Скепко Г.И. и Малюгин Т.Т. Заявлено - 19.12.1986. Опубликовано - 07.02.1990.

Формула изобретения

1. Устройство для определения сопротивления и степени износа почвообрабатывающих рабочих органов, содержащее установленный на вертикальном валу кольцевой желоб, заполненный почвой, привод вала, кронштейны для крепления испытуемых рабочих органов и приспособление для уплотнения и перемещения почвы, расположенного впереди кронштейна для крепления испытуемых рабочих органов, отличающееся тем, что оно снабжено блоком приспособлений для обработки почвы, выполненным в виде корпуса с размещенными в нем вибратором, установленным в полости вращающегося гладкого цилиндра для уплотнения внутренних почвенных горизонтов, кольчато-шпорого катка для разрушения комьев почвы, ребристого катка для формирования сложного профиля верхнего слоя, измельчителя почвы в виде приводного фрезерного барабана, фронтально размещенных рядов стрельчатых лап для крошения почвенных комьев в верхнем слое, ряда глубокорыхлителей для аэрации и увлажнения нижних почвенных горизонтов и приспособления для уплотнения и перемещения верхнего слоя почвы по ширине желоба в виде приводного цилиндра с разнонаправленной шнековой навивкой, при этом корпус установлен с возможностью поворота вокруг горизонтали, ориентированной к оси вертикального вала кольцевого желоба, размещен на нем посредством опорной тележки и закреплен на последней фиксатором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус блока выполнен в виде пары параллельных дисков с цапфами на фланцах, при этом диски соединены между собой балками жесткости, размещенными на периферийной части дисков параллельно оси поворота корпуса, а один из дисков снабжен кольцевой канавкой.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что фиксатор положения корпуса блока выполнен в виде подвижного и подпружиненного штока, один конец которого снабжен упором и размещен в кольцевой канавке диска корпуса, а другой конец штока установлен в стойке рамы опорной тележки и соединен с поворотной рукояткой посредством эксцентрика, причем пружина смонтирована между упором штока и стойкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6