ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК A01B33/06 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим машинам и орудиям ротационными рабочими органами с вертикальной осью вращения.

Известно почвообрабатывающее орудие, включающее установленные в ряд ножевые роторы в сочетании со сферическими дисками, горизонтально расположенными в нижней его части /1/.

Однако орудие не обеспечивает необходимое качество обработки почвы и не устойчиво по глубине движения. Обуславливается это большим пропуском необработанной почвенной зоны вследствие недостаточного технологического контакта "рыхлящие ножи - почва". Что же касается неустойчивости хода орудия по глубине обработки, то объясняется это конструктивностью исполнения рабочего органа, где горизонтально расположенные в нижней части ротора диски выполняют функцию плоскорежущей лапы. При движении орудия диски, воспринимая большое лобовое сопротивление со стороны обрабатываемой почвы, вгрызаясь в нее, начинают скачкообразное, пульсирущееся рывками перемещение. В результате этого нарушается технологический процесс обработки почвы - ухудшаются как качество рыхления и крошения, так и устойчивость хода рабочих органов по глубине обработки, а также надежность работоспособности орудия (диски гнутся, ломаются).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является почвообрабатывающая машина, включающая раму, стойки с лапами и установленные на вертикальных валах роторы с ножами. Причем стойки с лапами размещены в шахматном порядке перед и за зонами наибольшего сближения траекторий движения ножей роторов /2/ (прототип).

Недостатком почвообрабатывающей машины является некачественная обработка почвы - рыхление и крошение.

Роторный рабочий орган, размещенный между двумя рядами лап, при движении машины мульчирует и распыляет обработанную почву. Обуславливается это тем, что за ротором расположенные лапы сгруживают обработанную почву и эта почва, дополнительно обрабатываясь роторами, мульчируется, распыляясь и превращаясь в эрозионно опасные частицы. Кроме того, сгруженная лапами почва отрицательно сказывается на энергоемкости машины, дополнительно увеличивая тяговое ее сопротивление и на устойчивости глубины обработки почвы.

Задачей изобретения является улучшение качества обработки почвы - рыхления и крошения.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в почвообрабатывающей машине, включающей рыхлительные лапы и роторные рабочие органы с приводом, согласно изобретению роторный рабочий орган выполнен в виде винтового шнека, каждый рабочий виток которого, по периметру образующей, выполнен из двух полудисков с повернутыми друг к другу на острый угол плоскостями, между которыми, перпендикулярно к оси вращения, размещены режуще-рыхлящие ножи с радиусами кривизны лезвий, соответствующими спирали Архимеда и длиной, превышающей радиус полудисков на величину расстояния следов смежных лап.

Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что новым является конструктивное исполнение роторного рабочего органа.

Подрезанная лапами почва, попадая в зону траектории роторного рабочего органа, рыхлится, крошится и перемешивается режуще-рыхлящими ножами и лезвиями кромок как по периметру образующей полудисков, так и кромками их плоскостей в растворе угла поворота. Отдельные комки или комочки неразрыхленной почвы обрабатываются кромками плоскостей полудисков в растворе угла их поворота относительно друг к другу, где почва, разрыхляясь и сепарируясь, перемешивается по всей глубине, без мульчирования и выноса мелких частиц почвы на поверхность поля. Что же касается устойчивости движения роторных рабочих органов по глубине обработки почвы, то она обеспечена как по глубине хода, так и в продольном направлении движения. Обуславливается это уравновешиванием вертикальных и горизонтальных (боковых) сил реакций на роторных рабочих органах в динамике со стороны обрабатываемой почвы вследствие противоположности их векторных значений на каждом роторе, являющейся следствием идентичности направления образующей винта ("левое" или "правое") шнека с попарно противоположным направлением вращения роторов и четным числом размещения их на раме почвообрабатывающей машины. Кромe того, режуще-рыхлящие ножи роторного рабочего органа с плавным радиусом кривизны лезвия, соответствующим спирали Архимеда, приращение радиуса которой изменяется по арифметической прогрессии, и их длина с взаимным перекрытием, обеспечивают качественное крошение с рыхлением по всей траектории, а также снижение энергоемкости вследствие снижения коэффициента как резания, так и крошения почвы, технологический процесс которых протекает по кривой даннной спирали.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".

Заявляемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как улучшает качество обработки почвы - рыхление и крошение, - и для специалиста предлагаемое является неочевидным.

Заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применяемость", ибо оно может использоваться в сельскохозяйственном машиностроении при разработке почвообрабатывающих машин и орудий для обработки средних и тяжелых по механическому составу почв.

Изобретение поясняется чертежами
На фиг.1 изображена почвообрабатывающая машина, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - роторный рабочий орган, вид сзади; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - общий вид полудисков с ревущими элементами, вид сверху; на фиг. 6 - то же, в разрезе; на фиг.7 - роторный рабочий орган в изометрической проекции.

Почвообрабатывающая машина состоит из несущей рамы 1 с навесным устройством 2, опорных колес 3, регулируемых по высоте, рыхлящих или плоскорежущих лап 4 со стойками 5, регулируемых по высоте и установленных в ряд, за которыми размещены роторные рабочие органы 6 с попарно противоположным вращением и заравниватель 7.

Привод роторных рабочих органов 6 осуществляется от ВОМ трактора (не показан) посредством карданного вала 8 через центральный редуктор 9 (одно или многоступенчатый), жестко установленного на картере 10 с зубчатыми колесами 11, находящимися в постоянном зацеплении.

Роторный рабочий орган 6 выполнен в виде винтового шнека с "левым" или "правым" направлением навивки образующей. Каждый рабочий виток в радиусе 360^o по периметру образующей состоит из двух (в частности) полудисков 12, жестко, винтами 13, закрепленных к полуфланцам 14, диаметрально приваренным к боковым участкам вала роторного paбочегo оргaна 6. С целью активного взаимодействия роторного рабочего органа 6 с почвой и сепарирорования плоскости полудисков 12 установлены друг к другу под острым углом 2α. Между полудисками 12 перпендикулярно к оси вращения, на равном расстоянии друг от друга, размещены рещуще-рыхлящие ножи 15, которые также жестко, винтами 16, закреплены к приваренным валу ротора фланцам 17. Для снижения коэффициента трения при обработке почвы, а также устранения огрехов и пропусков по всей зоне траектории рабочего органа режуще-рыхлящие ножи 16 соответственно выполнены выпуклыми, радиус кривизны которых соответствуют спирали Архимеда, изменяющейся по арифметической прогрессии и направленной в сторону вращения, а длина превышает радиус полудиска 12 на величину, равную расстоянию "l" между следами концов смежных лап 4.

Почвообрабатывающая машина работает следующем образом.

Перед тем как выехать в поле, почвообрабатывающую машину навесным устройством 2 навешивают на трактор (не показан) и устанавливают необходимую глубину обработки почвы. Глубина обработки почвы регулируется и устанавливается опорными колесами 3, а при необходимости лапами 4, изменением высоты стойки 5 относительно рамы 1 машины. Затем почвообрабатывающую машину переводят в транспортное положение и выезжают в поле. В поле машину переводят в рабочее положение, включают ВОМ трактора (не показан), который через карданный вал 8, редуктор 9 и зубчатые колеса 10 передает вращение роторным рабочим органам 6.

При движении машины с поступательной скоростью V км/ч лапы 4 подрезают пласт почвы и предварительно разрыхляют. Далее почва попадает в зону траектории действия роторных рабочих органов 6, расположенных за лапами 4, и подвергается активной, интенсивной обработке - рыхлению и крошению режуще-рыхлящими ножами 15 и кромками полудисков 12 с одновременным ее перемешиванием и затем заравнивается выравнивателем 7. После прохода почвообрабатывающей машины поле приобретает ровную, мелкокомковатую, без огрехов и комков поверхность для посевопосадки сельскохозяйственных культур.

Качественное рыхление и крошение почвы с активным, интенсивным без мульчирования, распыления и оставления огрехов, а также устойчивость хода рабочих органов как по глубине, так и в плоскости продольного движения, обусловлено конструктивно-кинематическим исполнением роторного рабочего органа 6 с исполнительно-технологическими его элементами. Благодаря плавному изменению радиуса кривизны лезвия режуще-рыхлящих ножей 15 и полудисков 12, установленных друг к другу под острым углом 2α, снижается коэффициент трения, резания, что положительно сказывается на качестве обработки почвы и снижении ее энергоемкости. Кроме того, качественная обработка почвы без ее сгруживания и оставления огрехов обусловлено соответственно как расстановкой рабочих органов 6, где значение величины межосевого роторного расстояния "L" больше диаметра полудисков "d" 12, так и геометрическими параметрами режуще-рыхлящих ножей 15, где радиус "R" их врщения (или длина) превышает радиус "r" полудисков 12 на величину "l" расстояния между концами смежных следов лап 4.

Что же касается процесса перемешивания обработанной роторным рабочим органом 6 почвы и устойчивости хода по глубине и продольного направления движения, то объясняется это в основном динамикой технологического контакта полудисков 12 с почвой.

Роторный рабочий орган 6 в процессе обработки почвы совершает сложное движение: поступательное и вращательное вокруг оси. При этом выполненный в виде винтового шнека роторный рабочий орган 6 с идентичным ("левым" или "правым") направлением навивки витков (полудисков 12) и имеющий попарно противоположное направление вращения при взаимодействии с почвенной средой придает всей обрабатываемой массе возвратно-поступательное перемещение "верх-вниз" на всей глубине обработки. В результате синхронного и активного перемещения технологическая масса, войдя в непосредственный контакт с полудисками 12, расставленными под острым углом 2α друг к другу, интенсивно разрыхляется и крошится, перемешиваясь без мульчирования, распыления и выноса на поверхность опасно-эрозионных частиц почвы.

Устойчивость почвообрабатывающей машины по глубине обработки почвы и продольного движения обусловлено уравновешиванием сил реакций почвы как вертикальных R_в, так и горизонтальных (боковых) R_б в силу их равнозначности и противоположности векторных направлений. Кроме того, устойчивость машины обеспечена и четным числом размещенных роторных рабочих органов 6 на раме 1, где редуктор привода 9 на один порядок смещен от продольной оси и угол отклонения карданного вала 8 привода не превышает предельного, 45^o.

Следует также отметить, что поскольку линейная скорость роторного рабочего органа 6 превышает поступательную его скорость, то качество рыхления и крошения гарантируется, ибо необходимый технологический контакт с почвой в процессе обработки почвы полностью обеспечен.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает качественное рыхление и крошение почвы, надежно и работоспособно и может найти применение в области сельскохозяйственного машиностроения при изготовлении почвообрабатывающих машин для обработки тяжелых суглинистых и целинных почв.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для обработки почвы. Почвообрабатывающая машина состоит из несущей рамы с навесным устройством, опорных регулируемых по высоте колес, рыхлящих лап со стойками, также регулируемыми по высоте и установленными в ряд, за которыми размещены роторные рабочие органы с попарно противоположными направлениями вращений и выравниватель. Привод ротационных рабочих органов осуществляется от ВОМ трактора через карданный вал и редуктор, жестко закрепленного на картере с зубчатыми колесами. Роторный рабочий орган выполнен в виде винтового шнека, каждый виток которого, по периметру образующей, в радиусе 360^o состоит из двух полудисков,которые жестко винтами закреплены на полуфланцах, приваренных к валу ротора. Между полудисками также жестко размещены режуще-рыхлящие ножи, которые винтами закреплены на фланцах, приваренных к валу роторного рабочего органа. Ножи выполнены с радиусами кривизны лезвий, соответствующими спирали Архимеда. Ножи имеют длину, превышающую радиус полудисков на величину расстояния следов смежных лап. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество обработки почвы. 7 ил.

Почвообрабатывающая машина, включающая рыхлительные лапы и роторные рабочие органы с приводом, отличающаяся тем, что роторный рабочий орган выполнен в виде винтового шнека, каждый рабочий виток которого, по периметру образующей, выполнен из двух полудисков с повернутыми друг к другу на острый угол плоскостями, между которыми, перпендикулярно к оси вращения, размещены режуще-рыхлящие ножи с радиусами кривизны лезвий, соответствующими спирали Архимеда и длиной, превышающей радиус полудисков на величину расстояния следов смежных лап.