Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для сплошной обработки почвы. Рабочий орган содержит прутковый каток с чередующимися прутками квадратного сечения и подшипниковые узлы. Подшипниковые узлы закреплены к задним звеньям четырехзвенной параллелограммной подвески. Под катком установлен плоский нож со стойками, имеющими возможность перемещения вверх-вниз, вперед-назад. Прутки катка образуют ромбовидную поверхность путем чередования прутков, установленных параллельно оси катка и под углом к ней. К наружным передним граням параллельно расположенных прутков в шахматном порядке закреплены иглы. Часть игл входит во внутреннее пространство пруткового катка, а часть - выходит наружу. Вылет игл наружу составляет 0,4…0,5 от вылета внутрь пространства пруткового катка. Угол крошения плоского ножа составляет 5…7°. Такое конструктивное выполнение позволит повысить надежность работы машины и степень крошения почвы, увеличить производительность и снизить материалоемкость. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для сплошной обработки почвы.

Уровень техники

Известен комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган, включающий последовательно распложенные плоские ножи и прутковый каток. Нож установлен под углом 25…35° к направлению движения и закреплен к раме. Использование вместо стрельчатых лап ножей снижает тяговое сопротивление (см. Мазитов Н.К. Машины почвоводоохранного земледелия. - М.: Россельхозиздат, 1987. - С.13…15).

В качестве недостатков необходимо отметить следующее: так как используются радиальные грядили, сохраняется повышенная вариабельность глубины обработки, из-за небольшого угла крошения ножей ухудшается процесс крошения ими почвы.

Наиболее близким по технической сущности является комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган парового модульного культиватора, содержащего четырехзвенные параллелограммные подвески, к задним звеньям каждой пары которых крепится двухцилиндровый каток с расположенным под ним по всей длине плоским ножом. Ребра наружного цилиндра выполнены с поочередным чередованием из прутка квадратного сечения и круглозвенной цепи. Внутренний цилиндр гладкий (см. Патент РФ №78625, кл. А01В 33/00, опубл. 2008 г.).

Одним из существенных недостатков его является нависание на плоском ноже растительных остатков, подрезанных сорняков. Использование внутреннего цилиндра и круглозвенных цепей увеличивает его материалоемкость.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности работы машины, повышению степени крошения почвы, увеличению производительности, снижению материалоемкости.

Технический результат достигается тем, что комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган, содержащий прутковый каток с чередующимися прутками квадратного сечения, подшипниковые узлы, закрепленные к задним звеньям четырехзвенной параллелограммной подвески, установленный под катком плоский нож со стойками, имеющими возможность перемещения вверх-вниз, вперед-назад, при этом прутки образуют ромбовидную поверхность катка путем чередования прутков, установленных параллельно оси и под углом к ней, причем к наружным передним граням параллельно расположенных прутков в шахматном порядке закреплены иглы, часть которых входит во внутреннее пространство пруткового катка, часть - выходит наружу, при этом вылет игл наружу составляет 0,4…0,5 от вылета внутрь пространства пруткового катка, а угол крошения плоского ножа составляет 5...7°, причем угол наклона прутков к оси пруткового катка составляет 18…27° и равен углу трения почвы по стальной поверхности.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 - схема комбинированного почвообрабатывающего рабочего органа, общий вид.

На фиг.2 - схема сил, действующих на плоский нож.

На фиг.3 - схема взаимодействия игл с комками почвы и ножом.

Осуществление изобретения

Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган включает прутковый каток 1 (фиг.1), выполненный из прутков 2 квадратного сечения. Один ряд 3 прутков 2 расположен параллельно оси (не показана) пруткового катка 1, а другой 4 - под углом, причем угол наклона ряда прутков 4 к горизонтальной оси должен быть равен углу трения почвы по стальной поверхности 18…27° (см. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. - М.: Колос, 1994). В противном случае происходит снижение надежности работы (проверено опытным путем). Комбинация прутков 2 образует ромбовидную поверхность (не отмечена) пруткового катка 1. На передних гранях 5 прутков 2 ряда 3 закреплены в шахматном порядке иглы 6. По опыту плоских зубовых борон междуследие принято в пределах от 45 до 50 мм (см. Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. - М.: Колос, 2006. - С.61…63). Длина иглы 6 включает три части: а_и+b_и+с_и (фиг.3). Величина b_и - это ширина грани прутка 2 квадратного сечения. Наиболее часто используются прутки сечения 14×14 мм или 16×16 мм. Внутренний вылет иглы 6, заходящий в пустотелое пространство пруткового катка 1 «а_и», должен соответствовать размеру наиболее часто находящихся на поверхности почвы комков 7. Это комки 7 почвы размером 50…60 мм. Наружный вылет иглы 6 «с_и» должен обеспечивать очистку плоского ножа 8 от растительности (растительные остатки, подрезанные сорняки). При диаметре стеблей растений 10…15 мм вылет иглы 6 должен равняться двукратному значению, то есть 20…30 мм, чтобы не забивалась сама игла 6 (доказано опытным путем).

Тогда длина иглы 6:

L=а_и+b_и+с_и=60+14+26=100 мм.

При этом вылет игл 6 наружу составляет

$$\frac{26}{60}=\mathrm{0,43}$$

от вылета иглы 6 внутрь пруткового катка 1.

Иглы 6 крепятся к передним граням 5 прутков 2, потому что при вращении пруткового катка 1 иглы 6 устанавливаются на активную очистку ножа 8 от растительных остатков (А) и после очистки находятся в вертикальном положении (Б), что обеспечивает сход с них счищаемых растительных остатков (не показаны). Использование прутков 2 квадратного сечения позволяет, во-первых, упростить установку на передние грани 5 игл 6, во-вторых, точно выдержать установку именно на те передние грани 5, которые обеспечивают необходимую траекторию движения игл 6, позволяющую как счищать нависающие на нож 8 растительные остатки, так и свободно, под действием сил тяжести, сбрасывать их на обработанную поверхность почвы.

Подшипниковые узлы 9 пруткового катка 1 крепятся к заднему звену 10 четырехзвенной параллелограммной подвески 11, соединенной с рамой (не показана) почвообрабатывающей машины.

Диаметр пруткового катка 1 должен обеспечивать перекатывание без сгруживания, толкания вперед комков 7 почвы.

$$D=d_{к}\cdot ct{g}^2(\frac{{\phi }_1+{\phi }_2}{2}),\text{ мм}\text{, (1)}$$

где d _к - диаметр наиболее часто встречающихся на поверхности комков почвы, мм;

φ₁ - угол трения почвы по поверхности катка;

φ₂ - угол трения почвы по почве.

Приняв по известным данным: d_к=60 мм; φ₁=18°; φ₂=22° (см. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. - М.: Колос, 1994. - С.163), получим:

$$D=60\cdot ct{g}^2(\frac{18+22}{2})=60\cdot \mathrm{7,5}=450мм$$

Диаметр пруткового катка 1 должен быть не менее 450 мм.

Отличительной особенностью предлагаемого пруткового катка 1 является то, что его ромбовидная поверхность улучшает качественные показатели работы. Она образована не путем расположения прутков 2 по винтовой линии напротив друг друга, а путем чередования одного ряда 3 прутков 2, расположенных параллельно оси пруткового катка 1, с рядом 4 прутков 2, расположенных под углом 18…27° к ней.

Установленные поперек друг друга прутки 2 не могут выравнивать поверхность почвы, так как их действия направлены навстречу друг другу.

В представленном варианте ряд 4 прутков 2 смещает почву, выравнивая поверхность, а ряд 3 прутков 2, параллельно расположенных оси пруткового катка 1, захватывает комки 7 почвы и подает их во внутреннее пространство (не обозначено) пруткового катка 1, где они подвергаются воздействию игл 6. Улучшается степень крошения почвы. Если угол наклона прутков к оси пруткового катка 1 будет меньше угла трения почвы по стальной поверхности, то смещение комков 7 в сторону будет тормозиться, а если больше - станет интенсивным, что ухудшает выравнивание поверхности (установлено опытным путем). Кроме того, опыт показывает, что такие прутковые катки технологичны в изготовлении.

Сопротивление почвы резанию зависит от объема почвы, сминаемого лезвием плоского ножа 8 V_л и коэффициента объемного смятия почвы q.

$$F_{Р}=V_{л}\cdot q,H.\text{ (2)}$$

Реакции почвы:

$$F_{П}=k\cdot h\cdot l,H;\text{ (3) }$$

h=c+a·cosα; c=b·sinα; h=b·sinα+а·cosα;

где k - удельное сопротивление почвы, Па;

h - высота лобовой части ножа, м;

а, b - толщина и ширина ножа, м;

α - угол наклона ножа к горизонтальной плоскости, угол крошения, град.

Отсюда:

$$F_{П}=k\cdot (b\cdot \sin \alpha +a\cdot \cos \alpha )\cdot l.\text{ (4)}$$

Сила трения:

$$F_{TP}=F_{П}\cdot \sin \alpha \cdot f_1,\text{ (5)}$$

где f₁ - коэффициент трения почвы по поверхности ножа. Как видно из формул (4); (5), чем меньше угол крошения α ножа 8, тем меньше силы F_п и F_тp. Поэтому принимаем α=5…7° (установлено опытным путем).

Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган работает следующим образом.

Плоский нож 8 подрезает пласт почвы. При наезде пруткового катка 1 на комок 7 почвы возникает напряжение сжатия:

$$\sigma =q\cdot \Delta ,{\text{ H/м}}^{\text{2}},\text{ (6)}$$

где ∆ - линейная деформация почвы, м.

При достижении критического значения нормального напряжения σ комок 7 почвы разрушается.

Однако при этом сжимается и почва под комком 7, комок 7 приобретает ускорение g_K. Тогда на комок действует не вся сила тяжести (вес катка):

$$F_{к}=m\cdot (g-g_{к}),\text{ H}\text{, (7)}$$

где m - масса катка, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Комок 7 может полностью вдавиться в нижележащую почву, сохранив свою целостность, что потом отрицательно скажется на качестве посева (доказано опытным путем). Необходимо исключить g_к - комок 7 должен оставаться неподвижным.

Расположенный под прутковым катком 1 плоский нож 8 обеспечивает стесненное сжатие комка 7. Исключаются затраты энергии на перемещение комка 7, придание ему ускорения g_к, и вес пруткового катка 1 полностью идет на его деформацию и крошение.

Часть комков 7 почвы попадает под прутки 2, а часть поступает во внутреннее пустотелое пространство пруткового катка 1. Эти комки 7 подвергаются интенсивному воздействию игл 6, расположенных на прутках 2, приводящему к их разрушению.

Внутренняя часть игл 6 перемещается по кривой, соответствующей укороченной циклоиде (не показана), наружная - удлиненной циклоиде 12 (фиг.3). Движение наружной части, расположенной вне окружности качения пруткового катка R_к, осуществляется по удлиненной циклоиде 12. Это способствует очистке плоского ножа 8 от зависающих после срезания сорняков и растительных остатков. Внутренняя часть игл 6 обеспечивает ударные воздействия на попавшие во внутреннее пространство пруткового катка 1 комки 7 почвы.

Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- повышается надежность работы машины за счет очистки плоского ножа от растительных остатков;

- установка на прутковый каток игл снижает материалоемкость путем ликвидации внутреннего цилиндра и цепей на катке;

- повышается на 20…25% степень крошения почвы за счет активного воздействия на комки игл (доказано опытным путем);

- повышается производительность за счет увеличения рабочей скорости движения с 10…12 км/ч до 14…16 км/ч.

- упрощается конструкция.

1. Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган, содержащий прутковый каток с чередующимися прутками квадратного сечения, подшипниковые узлы, закрепленные к задним звеньям четырехзвенной параллелограммной подвески, установленный под катком плоский нож со стойками, имеющими возможность перемещения вверх-вниз, вперед-назад, отличающийся тем, что прутки образуют ромбовидную поверхность катка путем чередования прутков, установленных параллельно оси и под углом к ней, причем к наружным передним граням параллельно расположенных прутков в шахматном порядке закреплены иглы, часть которых входит во внутреннее пространство пруткового катка, часть - выходит наружу, при этом вылет игл наружу составляет 0,4…0,5 от вылета внутрь пространства пруткового катка, а угол крошения плоского ножа составляет 5…7°.

2. Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что угол наклона прутков к оси пруткового катка составляет 18…27° и равен углу трения почвы по стальной поверхности.