КОМБИНИРОВАННАЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК A01B49/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для обработки почвы, и может быть эффективно использовано в системе безотвальной обработки почвы, особенно универсальными почвообрабатывающими комплексами.

Известны почвообрабатывающие машины, в конструктивные схемы которых положены рабочие поверхности, выполненные по криволинейным линиям и криволинейным направляющим линейчатых поверхностей рабочих органов, например плугов. [См. книгу "Сельскохозяйственные машины, Б.Г. Турбин, А.Б Лурье, С.М. Григорьев и др. Изд. "Машиностроение", 1967 г., стр. 22-23.] При этом для культурных отвалов закон изменения координат Y и X связан параболической зависимостью:

предложенное проф. Н.В. Щучкиным.

А для полувинтовых отвалов уравнение связи
X² = 2PY,
которое имеет так же квадратичную параболу.

Недостатком этих поверхностей является значительное сопротивление рабочих органов, при выполнении технологии, что требует значительных затрат труда энергий и средств. Сопротивление одного такого рабочего органа на средних почвах составляет 500 кг и более.

Известны рабочие органы американской фирмы "КЕЙIC", которая освоила производство комбинированных машин со стойками "эко-тигр", имеющих параболический продольно-вертикальный профиль.

Приведенные схемы и уравнения контактных линий профилей рабочих органов плугов и стоек не оптимизированы по сопротивлению и затратам мощности на обработку почвы.

Известна также конструкция комбинированной почвообрабатывающей машины Котельникова В. Я. (авторское свидетельство N 1270915, A 01 B 49/02, 02.04.1984 г. ), содержащей рыхлящий рабочий орган, прутковую сепарирующую решетку, на концах которой установлены шарнирно пластины и ротационный каток. Рабочие профили этого устройства не оптимизированы по параметрам энергозатрат.

Задача изобретения - снижение энергозатрат на обработку путем оптимизации контуров рабочих поверхностей.

Поставленная задача решается тем, что комбинированная почвообрабатывающая машина, включающая стойку с лапами, игольчатые диски, выравниватель дополнительно имеет впереди стойки нож, а контур рабочей части стойки, лапы, игольчатого диска, ножа, выравнивателя выполнен по циклоидальной кривой, связывающей ее координаты

причем длина линии контура рабочей поверхности не превышает половины арки циклоиды.

Задача на экстремум движения частицы по минимальному времени движения точки решена Якобом Бернулли, Ферма, Христианом Гюйгенсом, которые определили минимальное время прохождения точки по траектории. Эта траектория является таутохронной циклоидальной кривой. Уравнение закона движения частицы по такой траектории определяется движением точки обода колеса, катящегося без скольжения.

На фиг. 1 показан комбинированный почвообрабатывающий агрегат (вид сбоку). Фиг. 2 - схема обоснования контура оптимального контура рабочей поверхности для стойки, лапы, ножа, разравнивателя, диска. Фиг. 3 - контур оптимального циклоидального профиля стойки (a,b,c). Фиг. 4 - профиль оптимального (a,b,c) циклоидального профиля лапы. Фиг. 5 - контур оптимального циклоидального профиля (a,b,c) сепарирующего диска.

Комбинированная почвообрабатывающая машина состоит из стойки 1 с лапами 2, 3, ножа 4, выравнивателя 5, сепарирующего диска 6.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1):
При движении машины в направлении V_a, стойка 1 с лапами 2, 3 заглубляется в почву, нож 4 разрезает стерневые остатки и снижает забиваемость стойки растительными остатками. Выравниватель 5 разравнивает неровности и обеспечивает копирование почвы катком и сепарирующим диском 6.

Поскольку работа A равна усилию на крюке, умноженному на перемещение стойки и рабочих органов машины, то мощность, потребляемая машиной, соответственно равна
N=A/t=Fv.

Время движения частиц по циклоидальным траекториям минимально, что снижает общую потребляемую мощность машины, поскольку скорость схода их максимальна. Для обоснования оптимального контура (фиг. 2) рабочих поверхностей ось X направим параллельно дневной поверхности поля, а ось Y вниз. Начало координат в точке 0.

Примем обозначения: S=ON=v₀t;
∪NM₁= ON;

x=OP=ON-PN=ON-LM₁
Из ΔM₁C₁L найдем M₁L

Тогда

Находим ординату Y:

Уравнение движения частицы М в проекциях на оси координат имеет вид:

Исключим время из уравнения движения:


Возведем обе части уравнений в квадрат и, складывая равенства, получим:

или


Время найдем из уравнения ординаты Y:


Зависимость между X и Y представим в виде

Траектория точки представляет собой известное уравнение циклоиды, выраженное через параметры глубины обработки почвы H_max, равной диаметру (D) образующей окружности. Если H_max = 2R=D, то
(1)
В предлагаемом устройстве оптимальный циклоидальный профиль рабочих поверхностей выполнен для стойки, лап, ножа, выравнивателя и пальца сепарирующего диска. Этот контур (а, б, с) является частью циклоиды, определенной по уравнению (1).

Отличительными признаками устройства являются оптимальные профили рабочих органов циклоидального типа, наличие циклоидального ножа и игольчатого диска, дающие в новом сочетании положительный результат.

Возможно раздельное использование предлагаемых профилей в машинах для обработки почвы. Для формирования контура используется не более половины арки циклоиды.

Изобретение предназначено для обработки почвы и может быть использовано в системе безотвальной обработки почвы в сельском хозяйстве. Машина содержит стойку с лапами, игольчатые диски, выравниватель. Впереди стойки установлен нож. Контур рабочей части стойки, лапы, игольчатого диска, ножа, выравнивателя выполнен по циклоидальной кривой, связывающей ее координаты

Длина линии контура рабочей поверхности не превышает половины арки циклоиды. Такое конструктивное выполнение позволит снизить энергозатраты на обработку почвы путем оптимизации контуров рабочих поверхностей. 5 ил.

Комбинированная почвообрабатывающая машина, включающая стойку с лапами, игольчатые диски, выравниватель, отличающийся тем, что впереди стойки установлен нож, контур рабочей части стойки, лапы, игольчатого диска, ножа, выравнивателя выполнен по циклоидальной кривой, связывающей ее координаты

а длина линии контура рабочей поверхности не превышает половины арки циклоиды.