РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ ПОДЕЛКИ ЩЕЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК A01B13/16 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам для щелевания посевов под многолетними кормовыми культурами и почвы при противоэрозионной обработке.

Известно почвообрабатывающее орудие, содержащее раму с опорными колесами и сницей, закрепленные на раме рабочие органы, каждый из которых имеет стойку и режущий элемент, в котором, с целью повышения надежности и снижения металлоемкости, каждый рабочий орган снабжен гибкой связью для обеспечения жесткости его стойкости, а сница соединена с рамой подвижно с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости и подпружинена относительно нее, при этом один конец гибкой связи закреплен на снице, а другой - к стойке рабочего органа; в стойке рабочего органа выполнен вертикальный паз, в котором с возможностью регулирования по высоте размещен конец гибкой связи; гибкая связь снабжена натяжным устройством [1].

Недостатком конструкции описанного почвообрабатывающего орудия является низкое качество обработки почвы и не приемлемость для поделки водоотводящих щелей на полях, занятых многолетними кормовыми культурами, например люцерной, клевером, бобово-злаковыми и другими травосмесями. Каждый дисковый нож перед рабочим органом разрезает узкую щель толщиной 8-10 мм на глибину не более 10-15 см. Канат, размещенный между дисковым ножом и стойкой рабочего органа не улучшает характеристики щели.

Известно также почвообрабатывающее орудие, содержащее раму, на которой установлены рабочие органы, опорные колеса и винтовой механизм, в котором, с целью снижения металлоемкости путем создания предварительно напряженных элементов и повышения качества обработки почвы, оно снабжено дисковым ножом, размещенным перед растяжкой рабочего органа, при этом дисковый нож, растяжка и носок рабочего органа расположены в одной продольно-вертикальной плоскости, а каждый дисковый нож установлен на винтовом механизме, причем ось дискового ножа размещена ниже оси опорного колеса [2].

Недостаком конструкции орудия является низкая техническая надежность. Последнее вызвано тем, что оси опорного колеса и дискового ножа размещены на смешенных осях. Незначительный перекос оси дискового ножа приводит к нарезанию щели с наклонными стенками. Растяжка стойки рабочего органа выскальзывает из наклонной щели, это приводит к деформации стойки и разрыву растяжки.

Кроме указанных почвообрабатывающих орудий, известно орудие для щелевания почвы, содержащее раму, ножевидную стойку и установленный на ней вдоль ее задней кромки с возможностью поворота в горизонтальной плоскости хвостовик со смонтированным на нем с возможностью свободного вращения роликов, в котором, с целью повышения качества формирования щели на различных почвах и снижения тягового сопротивления, орудие снабжено приводом, а стойка расположена вертикально, при этом привод соединен с хвостовиком посредством кулисного механизма, ползун которого имеет палец, взаимодействующий с выполненными на кривошипе отверстиями, причем диаметр ролика равен толщине стойки [3].

Несмотря на то, что диаметр ролика не превышает толщину ножевидной стойки, ширина выполненной щели в 1,5-2,0 раза больше толщины стойки. Последнее приводит к иссушению почвы в стенках щели и к гибели растений. Ролик уплотняет только часть стенок щели. Учитывая также то, что плотность почвы по длине гона изменяется существенно, а амплитуда и частота колебаний постоянны, степень уплотнения стенок варьирует в широком диапазоне и не отвечает предъявляемым требованиям.

Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому объекту по совокупности признаков является орудие для противозащитной обработки почвы, содержащее последовательно установленные друг за другом щелерез и рабочий орган для рыхления стенок щели, в котором, с целью повышения степени крошения почвы по краям щели, рабочий орган для рыхления стенок щели выполнен в виде установленного на пружинной С-образной стойке наральника с полувинтовым отвальчиком, перед щелерезом установлен размещенный с ним в одной плоскости диск [4].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относится низкое качество поделки щелей, сложность конструкции, излишняя металлоемкость, большие энергзатраты и низкая техническая надежность рабочего органа для рыхления стенок щели. На раме орудия в последовательный ряд размещен дисковый нож, щелерез и на С-образной стойке наральник с полувинтовым отвальчиком. Дисковый нож разрезает растительные и корневые остатки. Этим исключается их нависание в верхней части стойки. Однако в средней и нижней частях стойки и корневые части растений нависают на стойку щелереза. Размещенный в створе щелереза рабочий орган для рыхления стенок щели увеличивает ширину щели с 40 мм до 80-120 мм. После поделки такой щели, частично засыпанной почвой, погибает до 25 - 30% культурных растений. При обработке почвы, занятый многолетними кормовыми культурами (люцерна, клевер, бобово-злаковые травосмеси, козлятник и др.), выполнение таких щелей недопустимо, т.к. они не обеспечивают проникновение оросительной воды в нижние корнеобитаемые горизонты. Описанный щелерез имеет большое тяговое сопротивление. При обработке посевов кормовых культур им образуются вдоль щели почвенные валики. Они препятствуют низкому срезу растений, что приводит к потере урожая: от 15 до 25% зеленой массы трав.

Известен рабочий орган для щелевания почвы, включающий стойку с ножом, выполненным в виде двухгранного вертикального клина с криволинейно-вогнутой режущей кромкой, в котором, с целью снижения тягового сопротивления, криволинейно-вогнутая режущая кромка ножа выполнена в виде параболы с центром ее ветви на середине высоты стойки, при этом угол заточки ножа в верхней и нижней частях параболы уменьшается к центру ее ветви; величина угла заточки ножа уменьшается от 40 до 18^o [5]. Этот рабочий орган нами принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относится низкое качество поделки щелей.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача изобретения - повышение устойчивости стенок щели против обваливания при поливе сельскохозяйственных культур и при перехвате воды на склонах при наличии ливневых осадков.

Технический результат - повышение качества поделки щели, снижение тягового сопротивления, исключение почвенных валиков вдоль щели, самоочищение стойки рабочего органа и деформатора стенок щели.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем ножевидную стойку с криволинейно-вогнутой режущей кромкой на фронтальной части с переменным углом заточки двугранного лезвия, стойка снабжена сменным долотом и деформатором стенок щели, размещенным в створе стойки и выполненным в виде каната, диаметр которого больше толщины стойки, при этом концы каната посредством соединительных звеньев закреплены в верхней монтажной и нижней частях стойки выше долота, установленного с возможностью переустановки в наклонном отверстии и зафиксированного парой цилиндрических штифтов, соединительное звено выполнено в виде ступенчатого штифта, меньшая ступень имеет диаметр, меньше толщины стойки, а большая ступень имеет глухое отверстие с диаметром, равным диаметру конца коната, при этом на поверхности штифта малого диаметра выполнена пара полуцилиндирческих выемок; задняя часть стойки снабжена парой наклонных отверстий, сопряженных с малыми ступенями соединительных звеньев; соединительные звенья в наклонных отверстиях стойки зафиксированы цилиндрическими штифтами, размещенными в парах отверстий, оси которых ортогональны и не пересекаются с осями глухих наклонных отверстий; угол заточки двугранного лезвия на фронтальной части стойки по высоте стойки уменьшается от 180^o до 20^o.

За счет того, что рабочий орган для поделки щелей выполнен в виде стойки с долотом и деформатора стенок щели в виде каната с диаметром большим толщины стойки, достигается указанный выше технический результат.

На фиг. 1 изображен рабочий орган для поделки щелей, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - то же, сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 схематично показано удельное сопротивление почвы на ветвь деформатора стенок при обработке посевов многолетних кормовых культур; на фиг. 6 - то же, при нарезке щелей на полях после проведения влагозарядковых поливов; на фиг. 7 - то же, при нарезке щелей на поле, занятом многолетними кормовыми культурами, например, бобово-злаковыми смесями, после укоса зеленой массы; на фиг. 8 - графические изображения изменения величин углов заточки i, постановка режущей кромки α к горизонту и резания δ по высоте стойки рабочего органа.

Рабочий орган для поделки щелей содержит стойку 1, долото 2 и деформатор 3 стенок щели. Стойка 1 выполнена из листовой стали толщиной t = 20 мм. Материал стойки 1 - Сталь 50.

Верхняя монтажная часть 4 стойки 1 снабжена тремя отверстиями. Отверстия 5 предусмотрены для крепления стойки 1 на продольных балках рамы почвообрабатывающей машины. Диаметр отверстий 5 равен 24^+0,8 мм. Межцентровое расстояние между отверстиями 5 равно 180 мм. Между отверстиями 5 выполнено третье отверстие 6 диаметром 100^+0,8 мм для установки стойки 1 на цилиндрический кольцевой упор, приваренный на боковой вертикальной стенке балки рамы почвообрабатывающей машины. Сечение кольцевого упора 20х20 мм². Нижняя часть 7 стойки 1 снабжена продольным наклонным отверстием, в котором установлено долото 2. Долото 2 в наклонном отверстии стойки 1 зафиксировано цилиндрическими штифтами 8. Фронтальная часть стойки 1 снабжена двугранным лезвием 9, режущая кромка 10 которой имеет криволинейно-вогнутую форму. Режущая кромка 10 имеет переменный угол наклона к горизонту в диапазоне от α_min =58^o до α_max = 165^o. Угол заточки i_о двугранного лезвия 9 по высоте стойки 1 уменьшается от 180^o до 30^o, при этом наименьший угол заточки i_o находится на высоте 510 мм (см. таблицу и фиг. 8). Угол резания по высоте H стойки 1 изменяется по зависимости, изображенной на фиг. 8 графиком δ =f(H), а числовые значения определены расчетом по следующей формуле и представлены в таблице:
δ = arctg[tgi₀•sin(180^°-α)],
где
i_o - угол заточки, град.;
α - угол наклона касательной к режущей кромке 10 на заданной высоте H стойки 1, град.;
δ - угол резания, град.

Двугранное лезвие 9 по высоте стойки 1 подвержено объемной закалке до твердости 40 - 50 HR_эC. Ось долота 2 наклонена к горизонту под углом 5 - 8^o.

Деформатор 3 стенок щели выполнен в виде каната (тросовой навивки) с внешним диаметром d=24 мм и установлен в створе за стойкой 1 (фиг. 1 и 2). Длина каната больше высоты H стойки в 1,5 - 1,8 раза. Концы 11 и 12 каната запрессованы в глухих отверстиях соединительных звеньев 13 и 14. Каждое из соединительных звеньев 13 (14) имеет цилиндрический стержень 15 диаметром 16 мм, на поверхности которого выполнены две полуцилиндрические выемки 16. Стержни 15 звеньев 13 и 14 размещены в наклонных отверстиях 17 и 18 стойки 1. Одно из этих отверстий 17 выполнено на задней верхней (монтажной) части 4 стойки 1 (фиг. 1 и 4). Другое отверстие 18 выполнено на нижней части 7 стойки 1, которое размещено над наклонным отверстием для установки долота 2 (фиг. 1 и 3). Стержни 15 звеньев 13 и 14 в отверстиях 17 и 18 зафиксированы парами цилиндрических штифтов 19 диаметром 20f 8 мм. Длина штифтов 19 равна толщине стойки 1.

Рабочий орган для поделки щелей функционирует следующим образом.

Стойку 1 рабочего органа для поделки щелей посредством отверстия 6 навешивают на бонку рамы почвообрабатывающего орудия. Болтами М24х120 верхнюю монтажную часть стойки 1 крепят к балкам рамы. Стойка 1 с долотом 2 занимает свое рабочее положение. Почвообрабатывающее орудие навесной системой агрегатируемого трактора переводят из транспортного положения в рабочее. Режущая кромка долота 2 касается поверхности поля и за счет большой удельной нагрузки (практически точечной) под действием силы веса рабочего органа и веса орудия долото 2 врезается в верхний корнеобитаемый почвенный слой. При движении трактора долото 2 врезается в пахотный горизонт, разрезая стебли и корни растений. Одновременно с этим нижняя часть 7 стойки 1 в силу особенностей геометрии фронтальной части интенсивно вовлекается в направлении плужной борозды в подпахотном слое. Долото 2 и нижняя часть стойки 1 устремляется в почвогрунт. Фронтальная часть стойки 1 снабжена двугранным лезвием 9. Режущая кромка 10 лезвия 9 по высоте стойки 1 имеет переменный угол заточки. Величина угла заточки на нижней части стойки равна 180^o. В средней части стойки 1 угол заточки уменьшается до 20^oC, а в ее верхней части вновь достигает 30^o. Это позволяет учесть различие физико-механических свойств грунта на дне щели пахотного горизонта в ее средней части и наличие живых корней в верхнем слое. При установившемся движении лезвие 9 на верхней части стойки разрезает почвенный слой с корнями и стеблями возделываемой кормовой культуры. Неперерезанные стебли и корни растений скользят по лезвию 9 вниз, где угол заточки наименьший. За счет кривизны режущей кромки 10 и минимальной заточки лезвия 9 величина угла резания не превышает 18-23^o. Режущая кромка 10 на этом участке перерезает растительные остатки, а двугранным лезвием 9 стебли боковыми стенками стойки 1 вдавливаются в стенки щели, армируя их. В дальнейшем в работу вступает деформатор 3 стенок щели. За счет большего размера каната (диаметр каната равен 24 мм, а толщина стойки 1 равна 20 мм) почва в стенках щели дополнительно деформируется, увеличивая при этом ширину щели. При удельной нагрузке почвогрунта q_max в нижней части щели ветвь каната деформатора 3 занимает положение, изображенное на фиг. 5. Почвенные частицы верхнего слоя увлекаются в нижние горизонты благодаря большему углу наклона каната деформатора 3. При равном удельном сопротивлении q почвы по высоте щели, канат занимает положение, изображенное на фиг. 6. Растительные остатки и почвенные частички в данном случае испытывают только сдвиг в направлении движения стойки 1 и вдавливаются в стенки щели, увеличивая их стойкость против обрушивания.

При поделке щелей на посевах с иссушенным верхним слоем, канат деформатора почвы занимает положение, изображенное на фиг. 7. Нижней ветвью каната деформатора 3 влажные почвенные частицы увлекаются в верхние иссушенные почвенные горизонты. Влажной массой с нижних слоев почвогрунта обмазываются пересушенные стенки щели. Этим достигается их высокая стойкость против обваливания при поливе с заданными нормами. Оросительная вода по армированным стенкам щели поступает в нижние корнеобитаемые слои. Происходит насыщение почвы влагой в нижних слоях. Щели перехватывают лавинные потоки оросительной воды с поверхности поля и направляют их в нижние горизонты. Этим исключается водная эрозия почвы и достигается равномерное распределение осадков по поверхности поля.

По мере работы рабочего органа происходит интенсивный износ долота 2. При уменьшении выступающей рабочей части долота 2, штифты 8 извлекают из отверстий на нижней части 7 стойки 1. Долото 2 перемещают из наклонного отверстия в направлении носка стойки 1. При износе ветвей каната деформатора 3 стенок щели штифты 19 удаляют из отверстий. Соединительные звенья 13 и 14 извлекают из наклонных отверстий 17 и 18. В зависимости от степени износа ветвей каната, последние могут быть переставлены как местами, так и заменены полностью.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в сельскохозяйственном машиностроении;
для 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 средства методов;
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого технического результата.

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

Источники информации:
1. SU, авторское свидетельство N 1482542, кл. A 01 B 3/64.

Почвообрабатывающее орудие // Белоногов В.А. Заявлено - 16.04.1986. Опубликовано - 30.05.1989.

2. SU, авторское свидетельство N 1461380, кл. A 01 B 49/02.

Почвообрабатывающее орудие // Белоногов В.А., Любимов А.И., Нефедов Б.А. , Архипов А.С. Заявлено - 02.12.1985. Опубликовано - 28.02.1989.

3. SU, авторское свидетельство N 1419533, кл. A 01 B 13/16. Орудие для щелевания почвы // Бадридзе Н.З., Гегелидзе К.Г., Зангаладзе Д.Я., Татишвили Г.Ш., Абрамашвили Т.Г. Заявлено - 09.01.1987. Опубликовано - 30.08.1988.

4. SU, авторское свидетельство N 1530108, кл. A 01 B 13/16, 49/02. Орудие для почвозащитной обработки почвы // Захаров П.Я. Заявлено - 31.01.1986. Опубликовано - 15.08.1987.

Рабочий орган предназначен для поделки щелей в почве и может быть использован для противоэрозионной обработки почвы в посевах многолетних кормовых культур. Режущая кромка долота рабочего органа за счет практически точечной нагрузки от его веса врезается в верхний корнеобитаемый почвенный слой. Долото разрезает также стебли и корни растений. Изменение угла щеточки стойки по высоте позволяет учесть различие физико-математических свойств грунта на дне щели пахотного горизонта в ее средней части и наличие живых корней в верхнем слое. За счет большей толщины каната деформатора почвы по сравнению с толщиной стойки, рабочего органа почва в стенках щели дополнительно деформируется, ширина щели увеличивается. Частицы почвы верхнего слоя увлекаются в нижние горизонты благодаря наклону каната деформатора. 4 з.п. ф-лы. 1 табл. 8 ил.

1. Рабочий орган для поделки щелей, содержащий ножевидную стойку с криволинейно-вогнутой режущей кромкой на фронтальной части с переменным углом заточки двугранного лезвия, отличающийся тем, что стойка снабжена сменными долотом и деформатором стенок щели, размещенным в створе стойки и выполненным в виде каната, диаметр которого больше толщины стойки, при этом конца каната посредством соединительных звеньев закреплены в верхней монтажной и нижней частях стойки выше долота, установленного с возможностью переустановки в наклонном отверстии и зафиксированного парой цилиндрических штифтов. 2. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что соединительное звено выполнено в виде ступенчатого штифта, меньшая ступень имеет диаметр, меньший толщины стойки, а большая ступень имеет глухое осевое отверстие с диаметром, равным диаметру конца каната, при этом на поверхности штифта малого диаметра выполнена пара полуцилиндрических выемок. 3. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что задняя часть стойки снабжена парой наклонных отверстий, сопрягаемых с малыми ступенями соединительных звеньев. 4. Рабочий орган по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что соединительные звенья в наклонных отверстиях стойки зафиксированы цилиндрическими штифтами, размещенными в парах отверстий, оси которых ортогональны и не пересекаются с осями глухих наклонных отверстий. 5. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что угол заточки двугранного лезвия на фронтальной части стойки по высоте стойки уменьшается от 180 до 20^o.