ГИБКАЯ БОРОНА Российский патент 2003 года по МПК A01B19/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к гибким боронам для поверхностной обработки почвы.

Известна гибкая борона для поверхностной обработки почвы, состоящая из цепного шлейфа, содержащего концевые и промежуточные шарниры, которые связывают между собой отрезки цепи и присоединяют цепной шлейф к сцепке, имеющей присоединительную систему для крепления гибкой бороны к транспортному средству. При поступательном перемещении транспортного средства сцепка перемещает цепной шлейф, который начинает непрерывно вращаться и своими зубьями интенсивно рыхлить почву по всей ширине захвата, не присыпая и не повреждая растений (см. авторское свидетельство СССР 378151, по классу А 01 В 19/02, А 01 В 35/02, опубликованное 18.04.73 в Бюл. 19).

Поскольку сцепка в этой гибкой бороне выполнена в виде штанги неизменяемой длины, не представляется возможным изменение ширины захвата обработки почвы, что ограничивает технические возможности бороны и затрудняет ее транспортировку на перегонах из-за значительных габаритных размеров по ширине.

Этот недостаток известного технического решения устранен в гибкой бороне, которая содержит раму с держателями и цепной шлейф. Рама имеет телескопическую штангу с перемещающимися относительно друг друга звеньями, жестко закрепленными концами на держателях. Внутреннее звено телескопической штанги выполнено в виде открытой с внешней стороны трубы и в ней размещена стяжная пружина, концы которой закреплены в звеньях. Над телескопической штангой и параллельно ей, на держателях и шарнирно закреплен гидроцилиндр одностороннего действия, соединенный гидромагистралью с гидронасосом агрегатирующей машины. Изменение ширины захвата или перевод гибкой бороны из рабочего положения в транспортное, и наоборот, производится путем выдвижения (втягивания) штока гидроцилиндра (см. патент России 2050081, по классу А 01 В 19/02, опубликованный 20.12.95 в Бюл. 35).

Недостатком известной гибкой бороны является низкая надежность ее конструкции и малая эффективность работы узла, обеспечивающего изменение ширины захвата и перевод цепного шлейфа из рабочего положения в транспортное, и наоборот. Низкая надежность конструкции обусловлена тем, что узел изменения ширины захвата содержит большое количество длинномерных коаксиально сочлененных деталей (гидроцилиндр, телескопические штанги), перемещающихся относительно друг друга с небольшими зазорами. С учетом того, что гибкая борона взаимодействует с агрессивной средой (абразивная пыль и грунт), названные детали будут подвергаться ускоренному износу, особенно их сопрягаемые поверхности, что приведет к увеличению зазоров, а это, в свою очередь, нарушает выполнение ими своих функций: перемещения относительно друг друга без перекосов и заеданий, то есть вероятность поломки возрастает. Малая эффективность работы узла обусловлена тем, что гидроцилиндр и гидросистема используются только лишь для перевода цепной бороны в различное положение по ширине: транспортное или рабочее. Эта операция осуществляется только в начале и в конце рабочего дня или в короткие промежутки времени. Все остальное время гидросистема не используется, однако, находясь постоянно на агрегате, увеличивает его вес. Кроме того, изготовление длинномерных деталей высокой точности (например, штока и корпуса гидроцилиндра) имеет высокую стоимость, а с учетом кратковременности использования применение таких узлов экономически не оправдано.

Наиболее близкой по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемой за прототип является гибкая борона, содержащая поперечный телескопический брус, выполненный в виде швеллера, на котором посредством пальцев установлены с возможностью поворота в вертикальной плоскости телескопические балки с неподвижными и подвижными звеньями, имеющие совпадающие отверстия для фиксации упомянутых звеньев между собой в заданном положении при установке ширины захвата, продольную телескопическую штангу, состоящую из двух звеньев, внутри одного из которых размещена пружина и соединенный с ними (брусом и балкой) цепной шлейф, а также присоединительный элемент для соединения бороны с навесной системой транспортного средства. Перед началом движения тракторист ручным способом переводит в горизонтальное положение телескопические балки бруса, а затем выдвигает и фиксирует пальцами их подвижные звенья в соответствии с шириной захвата. Пружина, расположенная в одном из звеньев продольной телескопической штанги, создает притормаживание шлейфа (см. патент России 2028031, по классу А 01 В 19/02, опубликованный 09.02.95 в Бюл. 4).

Основным недостатком этой гибкой бороны является ее низкая эксплуатационная надежность, обусловленная большим количеством телескопических деталей, работающих в условиях повышенного абразивного износа. По мере износа сопрягаемых деталей зазоры между ними будут возрастать, что приведет к их взаимному перекосу, следовательно, к изменению натяжения цепного шлейфа и, как следствие из этого, к нарушению технологического процесса обработки грунта. Кроме того, увеличение зазоров между телескопически сопрягаемыми деталями по мере их износа приводит к увеличению биения в процессе работы бороны, а это может привести к изгибу консольных элементов конструкции, что создает условия, исключающие изменения их взаимного расположения при переводе в транспортное положение. В тех случаях, когда имеет место налипание грунта на подвижные элементы телескопических узлов, перед их взаимным перемещением загрязненные поверхности необходимо предварительно очистить. В противном случае перевод в транспортное положение затрудняется, а впоследствии высохший грунт в зазорах создаст определенные трудности при переводе элементов в рабочее положение. Таким образом, применение в конструкции бороны телескопических элементов, создает ряд проблем, связанных со снижением ее эксплуатационной надежности.

Вторым недостатком известной гибкой бороны является неремонтопригодность ее конструкции в полевых условиях, что на фоне высокой вероятности поломки телескопических элементов весьма актуально. Поскольку телескопические элементы могут изогнуться (например, при попадании транспортного средства в ложбину динамическое увеличение нагрузки на опустившуюся часть бруса неизбежно приведет к искривлению консольного элемента) в процессе эксплуатации бороны, то усилия одного тракториста будет недостаточно для их выпрямления (детали, как правило, металлические и имеют значительное поперечное сечение), следовательно, борона должна транспортироваться на ремонтную базу в рабочем состоянии, что создает определенные трудности при движении по дорогам вследствие значительных габаритных размеров по ширине.

Третьим недостатком известной гибкой бороны является то, что вся нагрузка сопротивления, возникающая при обработке грунта, сосредотачивается в одной точке навесной системы транспортного средства и передается ей через присоединительный элемент. Более того, пружина, расположенная в одном из звеньев продольной телескопической штанги, создает притормаживание шлейфа, следовательно, нагрузка на присоединительный элемент еще в большей степени возрастает. Это увеличивает вероятность поломки как присоединительного элемента, так и навесной системы транспортного средства.

Четвертым недостатком известной гибкой бороны является то, что ее обслуживание сопряжено с высоким травматизмом и нарушением требований техники безопасности в части превышения предельно допустимых норм физических нагрузок на обслуживающий персонал, в частности тракториста. Этот недостаток обусловлен тем, что для перевода бороны в транспортное положение из рабочего, или наоборот, необходимо перемещать части телескопического бруса в вертикальное или горизонтальное положение, выдвигать его подвижные телескопические звенья ручным способом. Эти детали имеют, как правило, значительный вес и габаритные размеры. Перевод частей бруса в вертикальной плоскости осуществлять неудобно из-за их специфического пространственного расположения: спереди находится транспортное средство, сзади - наклонная телескопическая штанга, с боков - элементы бруса. Кроме того, при выдвижении телескопических звеньев бруса тракторист находится в зоне размещения цепного шлейфа, что создает уже определенные неудобства и ограничения маневренности. Поскольку при выдвижении звена последнее не зафиксировано пальцем (иначе невозможно перемещать звено), оно может выпасть из неподвижного звена и тяжело травмировать тракториста, который, находясь в зоне шлейфа, неизбежно получит дополнительные увечья от острых зубьев цепи.

В основу изобретения поставлена задача повышения эксплуатационной надежности и ремонтопригодности гибкой бороны с одновременным снижением трудоемкости ее обслуживания при переводе в транспортное (рабочее) положение за счет уменьшения веса, количества и упрощения конструкции деталей, перераспределения нагрузки на присоединительный узел и навесную систему транспортного средства и исключения нахождения обслуживающего персонала в опасной зоне путем создания сжимающих усилий в направлении к навесной системе и размещения на ней элементов натяжения цепного шлейфа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что гибкая борона, содержащая поперечный брус, продольную штангу и соединенный с ними цепной шлейф, а также присоединительный элемент, снабжена механической лебедкой с двойным тросом и с храповым механизмом, установленной и закрепленной на продольной штанге повышенной жесткости, под которой размещена поворотная пружинная стойка и опорное поворотное колесо, а также поперечный брус выполнен в виде двух шарнирных балок, прикрепленных к навесной системе транспортного средства и свободными концами связанных с ней посредством механизма натяжения цепного шлейфа.

Свободные концы двойного троса, оснащенные крюками, в зависимости от рабочей ситуации или транспортировки могут быть прикреплены либо к навесной системе транспортного средства, либо к концам шарнирных балок, либо к цепному шлейфу.

Использование навесной системы транспортного средства для размещения шарнирных балок поперечного бруса позволяет предельно сократить количество деталей бороны, а лебедка при сцеплении тросов с навесной системой обеспечивает получение сжимающих усилий в присоединительном элементе и распределение нагрузки в более нагруженной части навесной системы.

Различные варианты крепления тросов позволяют одну и ту же механическую лебедку использовать для крепления цепных шлейфов в нерабочем положении на марше, либо создавать значительные сжимающие усилия, либо использовать в качестве механизма натяжения цепных шлейфов.

Сущность изобретения поясняется иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг. 1 - схема предложенной гибкой бороны в рабочем положении, вид сверху; фиг. 2 - узел крепления задней стойки, вид сбоку; фиг. 3 - узел 2 на фиг. 1, поперечный разрез; фиг. 4 - конструкция шарнирной балки с вертикальной стойкой, вид сбоку; фиг. 5 - то же, вид с торца; фиг. 6 - то же, вид сверху; фиг. 7 - конструкция натяжного устройства, вид сбоку; фиг. 8 - конструкция присоединительного узла, поперечное сечение; варианты использования механической лебедки с тросами в различных рабочих и транспортных ситуациях: фиг. 9 - гибкая борона в транспортном положении; фиг. 10 - гибкая борона в рабочем положении, тросы используются в качестве механизмов натяжения шлейфов; фиг. 11 - гибкая борона в рабочем положении, тросы используются для разгрузки навесной системы и присоединительного узла.

Предложенная гибкая борона содержит продольную штангу 1, на переднем торце которой размещен присоединительный узел 2, обеспечивающий сцепление продольной штанги 1 с навесной системой 3 транспортного средства (не показано). На концах поперечины навесной системы 3 с помощью поворотных шарниров 4 установлены шарнирные балки 5, которые вместе с поперечиной навесной системы 3 образуют поперечный брус бороны. В сущности, поперечный брус состоит из центральной части (поперечина навесной системы 3) и двух поворотных частей (шарнирные балки 5). Фиксация шарнирных балок 5 в рабочем положении производится с помощью механизма натяжения 6, который одним концом через проушину 7 прикрепляется к шарнирной балке 5, а вторым - к продольным элементам навесной системы 3 посредством проушины 7 и цепи 8. Здесь же на продольных элементах навесной системы 3, в зоне нахождения проушин 7 закреплены на осях 9 вертикальные ролики 10. Аналогичные ролики 11 установлены на продольной штанге 1. Назначение роликов 10 и 11 будет пояснено далее.

В центре на продольной балке 1 установлена и закреплена механическая лебедка 12 с рукояткой ее привода и с храповым механизмом. На барабане лебедки 12 намотаны два троса 13. Свободные концы тросов 13 оснащены крюками 14. В зависимости от рабочих ситуаций использования бороны или ее транспортировки возможны различные варианты крепления тросов 13: либо к проушинам 7, либо к проушинам 15, либо к цепным шлейфам 16.

Цепные шлейфы 16 с рыхлящими зубьями 17 закреплены на вертикальных передних 18 и задней 19 стойках, причем все стойки 18 и 19 могут быть выполнены в виде плоских упругих элементов, то есть стойки 18 и 19 или только некоторые из них могут иметь пружинную конструкцию.

Задняя стойка 19 располагается под продольной штангой 1 перед опорным поворотным колесом 20. Задняя стойка 19 прикреплена к продольной штанге 1 с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством оси 21, которая установлена в секторах 22, жестко связанных (например, приваренных) с продольной штангой 1. В нижней части, со стороны поворотного колеса 20 секторы 22 связаны между собой пластиной 23, которая используется как упор для задней стойки 19, предупреждая ее отклонение от вертикального положения в процессе обработки грунта. На боковых поверхностях секторов 22 имеются отверстия 24 для фиксации задней стойки 19 в транспортном положении. Для перевода задней стойки 19 из рабочего в транспортное положение ее необходимо повернуть относительно оси 21 вверх и зафиксировать с помощью пальца (не показан), устанавливаемого в отверстия 24 под стойку 19.

Опорное поворотное колесо 20 закреплено на вертикальной стойке 25, установленной в металлокерамических втулках 26, выполняющих функцию радиальных подшипников скольжения, и нижняя из которых опирается на стеклопластиковую или металлопластиковую втулку 27, которая выполняет функцию опорного подшипника скольжения. Такое выполнение втулок 26 и 27 позволяет при минимальном обслуживании обеспечить минимальный износ стойки 25 колеса и тем самым продлить срок эксплуатации бороны без регламентного ремонта.

Механизм натяжения 6 выполнен в виде составной штанги, образованной двумя винтами 28 и 29 с правой и левой резьбой, нерезьбовые концы которых оканчиваются крюками 30. Резьбовые концы винтов 28 и 29 входят в соединение, состоящее из двух гаек 31 и 32 соответственно, которые жестко связаны (например, приварены) с металлическими щеками 33. Вращением металлических щек 33 можно изменять общую длину механизма натяжения, увеличивая ее или уменьшая в зависимости от направления вращения щек 33.

Присоединительный узел 2 выполнен в виде кронштейна 34, охватывающего поперечину навесной системы 3 транспортного средства и прикреплен к ней с помощью болтов 35.

Дальнейшая сущность изобретения поясняется совместно с принципом работы предложенной гибкой бороны.

В исходном состоянии (см. фиг. 9) цепные шлейфы 16 с помощью механической лебедки 12, посредством тросов 13 подтянуты к продольной штанге 1. Шарнирные балки 5 также повернуты в сторону продольной штанги 1. То есть гибкая борона находится в транспортном положении, ее габаритные размеры минимальны. При этом храповый механизм механической лебедки 12 обеспечивает натяжение троса 13 и предотвращает его самопроизвольное разматывание с лебедки 12.

После установки агрегата в загоне перед началом движения тракторист, отключив храповый механизм, вращением рукоятки разматывает тросы 13, и цепные шлейфы 16 опускаются на почву или свободно провисают. Далее тракторист отсоединяет крюки 14 от цепных шлейфов 16 и заводит тросы 13 за ролики 10, находящиеся на продольных элементах навесной системы 3, и присоединяет крюки 14 к проушинам 7.

Затем вращением рукоятки производится наматывание тросов 13 на лебедку 12. При этом тросы 13, натягиваясь, разворачивают шарнирные балки 5, располагая их в одной линии с поперечиной навесной системы 3. При этом цепные шлейфы 16 натягиваются, то есть переводятся в рабочее положение. Если обрабатываемый грунт мягкий или сыпучий или небольшая глубина боронования, то есть когда не возникает значительного сопротивления движению транспортного средства, то борона уже подготовлена к эксплуатации. В этом случае тросы 13 используются в качестве механизма натяжения цепных шлейфов 16 (см. фиг. 10).

В тех случаях, когда обрабатываемый грунт твердый или комковатый или большая глубина боронования, то есть когда возникает значительное сопротивление движению транспортного средства, натяжение цепных шлейфов 16 производится следующим образом. После разворота шарнирных балок 5 в одну линию с поперечиной навесной системы 3, тросы 13 переставляют с проушин 7 на проушины 15. Затем в проушины 7 заводят крюки 30 механизмов натяжения 6. Противоположные (свободные) концы механизмов натяжения 6 закрепляют на цепях 8 и начинают вращать щеки 33. При этом не только происходит натяжение цепных шлейфов 16, но и перераспределение нагрузки. В механизмах натяжения 6 возникают напряжения растяжения, которые создают сжимающее усилие в продольных элементах навесной системы 3. Таким образом, часть нагрузки, возникающей в результате сопротивления движению при обработке грунта, компенсируется, и происходит частичная разгрузка присоединительного узла 2. Еще в большей степени происходит разгрузка присоединительного узла 2, если произвести намотку тросов 13 на лебедку 12. Поскольку тросы 13 связаны с проушинами 15, то их натяжение приводит к созданию поля сжимающих напряжений в навесной системе 3 и в продольной штанге 1 на участке между проушинами 15 и лебедкой 12 (фиг. 11). Именно поле сжимающих напряжений противоположно по знаку растягивающему полю напряжений, которое неизбежно возникает в продольной штанге 1 и в навесной системе 3 при обработке грунта. Таким образом, механизмы натяжения 6 в сочетании с натянутыми тросами 13 обеспечивают максимальную разгрузку навесной системы 3 и присоединительного узла 2, что, в целом, снижает вероятность поломки названных элементов.

После подготовки гибкой бороны к работе начинают обработку почвы. При движении транспортного средства цепные шлейфы 16 бороны, расположенные на вспаханной полосе под необходимым углом атаки к направлению движения, производят боронование почвы. При этом, если вертикальные стойки 18 и 19 будут выполнены в виде плоских упругих элементов, в случаях попадания кочек, комьев или зануривания они будут отклоняться от вертикального положения, огибая препятствие, и быстро возвращаться в исходное положение. Это исключает изгиб стоек 18 и 19 и не нарушает технологический процесс обработки почвы.

После окончания полевых работ гибкая борона переводится в транспортное положение в следующей последовательности. Тракторист, отключив храповый механизм лебедки 12, разматывает тросы 13. Затем тросы 13 закрепляет с помощью крюков 14 на цепных шлейфах 16. Далее снимают механизмы натяжения 6 и, расфиксировав заднюю стойку 19, переводят ее в транспортное положение, то есть поджимают к продольной штанге 1. Вращением рукоятки наматывают тросы 13 на лебедку 12. При этом подтягивающиеся шлейфы 16 к продольной штанге 1 увлекают шарнирные балки 5 (поскольку с ними связаны) и разворачивают их в направлении к продольной штанге 1.

Существенное отличие заявляемого объекта от ранее известных заключается в том, что поперечный брус выполнен в виде трех элементов, центральный из которых является составной частью навесной системы 3 транспортного средства, а консольные - выполнены в виде шарнирных балок 5, которые могут взаимодействовать с механизмами натяжения 6, а также в том, что на продольной штанге 1 установлена механическая лебедка 12 с двумя тросами 13 и с храповым механизмом. Перечисленные отличия в совокупности позволяют уменьшить изгибающий момент, действующий на консольные элементы конструкции, исключить поломку бороны при обработке кочковатых почв, снизить нагрузку на навесную систему, снизить физическую нагрузку и обезопасить работы при переводе бороны из одного положения в другое. Ни одна из известных гибких борон не может обладать отмеченными свойствами, так как имеет жесткие консольные детали, подверженные изгибу в случае наезда на препятствие, или имеет телескопические эти же детали, но в этом случае возрастает изгибающий момент, а также не имеет возможности разгружать наиболее напряженные элементы конструкции.

К техническим преимуществам предложенной гибкой бороны по сравнению с прототипом можно отнести следующее:
- повышение эксплуатационной надежности за счет отсутствия телескопических деталей, гидроцилиндров и гидросистемы;
- упрощение конструкции за счет значительного уменьшения количества деталей, а также использование простых деталей;
- снижение веса бороны по той же причине;
- возможность натяжения цепных шлейфов различными способами: механизмами натяжения или с помощью тросов;
- невосприимчивость узлов к износу, поскольку нет перемещающихся сопряженных поверхностей;
- высокая ремонтопригодность за счет того, что конструкция образуется путем соединения всех основных деталей с помощью пальцев, осей и болтов;
- снижение вероятности поломки навесной системы и присоединительного узла за счет того, что в большей части конструкции создается поле сжимающих напряжений, снижающих нагрузку в названных элементах конструкции;
- универсальность использования механической лебедки: по прямому назначению - фиксация и перемещение отдельных узлов и элементов бороны и косвенно - в качестве устройства, обеспечивающего создание сжимающих напряжений в конструкции;
- универсальность механизма натяжения за счет использования его по двум назначениям одновременно: как механизма натяжения и как элемента, создающего сжимающие напряжения в продольных элементах навесной системы;
- упрощение перевода подвижных элементов агрегата из одного положения в другое за счет наличия всего одной механической лебедки, тросы которой могут сцепляться с любым из элементов, а цепные шлейфы связаны с шарнирными балками.

Экономический эффект от внедрения изобретения по сравнению с использованием прототипа получают за счет повышения эксплуатационной надежности гибкой бороны, снижения затрат на ремонт, поскольку исключается выход из строя деталей и узлов под влиянием изгибающего момента и износа, уменьшения и упрощения деталей в конструкции, следовательно, снижаются затраты на изготовление бороны.

К социальным преимуществам предложенного технического решения по сравнению с прототипом можно отнести повышение безопасности обслуживания гибкой бороны, поскольку тракторист не находится в опасной зоне, и соблюдение допустимых норм физических нагрузок обслуживающего персонала, поскольку нет необходимости в ручном перемещении каких-либо деталей, кроме незначительных по размерам и весу механизмов натяжения.

Изобретение может быть использовано в сельскохозяйственном машиностроении и предназначено для поверхностной обработки почвы. Гибкая борона содержит поперечный брус, продольную штангу и соединенный с ними цепной шлейф, а также присоединительный элемент. Борона снабжена механической лебедкой с двойным тросом и с храповым механизмом, установленной и закрепленной на продольной штанге повышенной жесткости. Под штангой размещены поворотная пружинная стойка и опорное поворотное колесо. Поперечный брус выполнен в виде двух шарнирных балок, прикрепленных к навесной системе транспортного средства и свободными концами связанных с ней посредством механизма натяжения цепного шлейфа. Свободные концы двойного троса оснащены крюками, которые в зависимости от рабочей ситуации или транспортировки прикрепляются либо к навесной системе транспортного средства, либо к концам шарнирных балок, либо к цепному шлейфу. Такое конструктивное выполнение позволяет повысить эксплуатационную надежность, упростить конструкцию, снизить вес бороны и вероятность поломки. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Гибкая борона, содержащая поперечный брус и цепной шлейф, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена продольной штангой повышенной жесткости с присоединительным элементом, на которой установлена и закреплена механическая лебедка с двойным тросом и с храповым механизмом, причем свободные концы двойного троса, оснащенные крюками для прикрепления к навесной системе транспортного средства, или к концам поперечного бруса, или непосредственно к цепному шлейфу, в зависимости от рабочей ситуации или транспортировки, при этом под продольной штангой размещена поворотная пружинная стойка и опорное поворотное колесо, кроме того, поперечный брус выполнен в виде двух шарнирных балок, прикрепленных к навесной системе транспортного средства. 2. Гибкая борона по п. 1, отличающаяся тем, что свободные концы шарнирных балок поперечного бруса связаны с навесной системой транспортного средства посредством механизма натяжения цепного шлейфа.