КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ АГРЕГАТ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК A01B79/00 A01B49/02 

Изобретение относится к устройствам в области сельскохозяйственного машиностроения, предназначенным для обработки почвы. Агрегат состоит из трактора класса тяги 30 кН, например Т - 150К, на технологической площадке которого можно разместить емкость или бункер под удобрение, и комбинированной почвообрабатывающей машины.

Известен почвообрабатывающий агрегат (авт. св. SU №1822623, А01В 49/00, 51/00, 23.06.93), содержащий тяговое средство с присоединенным к нему почвообрабатывающим орудием, выполненным в виде рамы с опорными катками, в передней части которой смонтирован приводной ротационный рабочий орган с горизонтальным валом, расположенным перпендикулярно к направлению поступательного перемещения орудия, а в ее задней части установлен по крайней мере один рабочий орган пассивного действия. Недостатком указанного агрегата является разобщенность активного и пассивного рабочих органов, что увеличивает энергоемкость обработки почвы.

Известна также почвообрабатывающая фреза (авт. св. SU №1160947, А01В 33/12, 1985), содержащая рабочие органы, установленные на валу. У нее ступица каждого рабочего органа имеет коническую форму и выполнена из продольных частей, каждая из которых соединена с соответствующим ножом рабочего органа, при этом ступица установлена на валу посредством охватывающей ее части фланца.

Недостатком этой конструкции является большая трудоемкость замены режущих элементов, а также, как любой фрезы, - большая энергоемкость обработки почвы в связи с измельчением части почвы до пылевидного состояния. Это связано, в частности, с отсутствием правильной синхронизации частоты вращения фрезы и поступательной скорости агрегата.

Задачей изобретения является уменьшение затрат энергии на обработку почвы и уменьшение трудоемкости замены режущих элементов активных и пассивных рабочих органов.

Поставленная задача решается тем, что у предлагаемого агрегата активные и пассивные рабочие органы работают совместно. Кроме того, у роторов почвообрабатывающей машины профиль передних граней, взаимное расположение рыхлящих элементов и соотношение поступательной скорости агрегата и линейной скорости носков рыхлящих элементов выбраны такими, что создают возможность перемещения почвы у носков - по передней грани, у основания режущих элементов - в сторону предыдущего режущего элемента, поэтому режущие элементы движутся в почве в незажатом состоянии. Задние грани режущих элементов имеют рациональный профиль, а способы фиксирования режущих элементов на вале обеспечивают их быструю замену. Способ фиксирования пассивных рабочих органов также обеспечивает их быструю замену.

Новые существенные признаки:

- два ротора с активными рабочими органами расположены над пассивными рабочими органами, причем оси вращения роторов расположены позади носков пассивных рабочих органов;

- роторы установлены так, что имеется возможность их ограниченного подъема путем поворота относительно рамы для обхода препятствий, а вниз их поворот ограничен цепями;

- режущие элементы установлены в держателях, приваренных внутри полых валов, и зафиксированы в прорезях валов поворотом против направления вращения роторов;

- режущие элементы роторов развернуты по единой спирали так, что участки спирали на втором роторе являются продолжением участков спирали первого ротора;

- профиль передних граней режущих элементов развернут по спирали Архимеда по формуле р=(180-220)φ;

- трансмиссия почвообрабатывающей машины имеет такое передаточное отношение, что окружная скорость активных рабочих органов является минимально необходимой для взрыхления почвы; при смене рабочей передачи необходимо заменить первичный вал-шестерню редуктора, причем конструкцией предусмотрена возможность быстрой замены первичного вала-шестерни редуктора без слива смазки;

- пассивные рабочие органы закреплены на полых пружинных стойках и имеют отгибы, придающие им пространственную жесткость;

- крепление пассивных рабочих органов выполнено с возможностью их быстрой замены, при этом в пружинных стойках есть прорези, постепенно утопая в которых пружинные фиксаторы компенсируют износ посадочных поверхностей;

- пружинные стойки закреплены на полых траверсах, причем петли стоек охватывают траверсы с небольшим зазором, позволяющим пассивным рабочим органам совершать в процессе работы сложные колебания, а при встрече с препятствием приподниматься, частично навиваясь на траверсы;

- первая траверса присоединена к раме шарнирно и для защиты пассивных рабочих органов от камней к ней присоединен рычаг, воздействующий на срезной штифт и одновременно на кран, открывающий поток сжатого воздуха в камеру пневмоусилителя муфты сцепления;

- опорные колеса почвообрабатывающей машины установлены на оси опорных колес, которую поднимают и опускают гидроцилиндры;

- на болты, крепящие крышку бортового редуктора заднего моста трактора, можно закрепить диски для отделения пласта обрабатываемой почвы с боков, при этом устанавливают три блока опорных колес с усиленной осью опорных колес;

- для обработки почвы с одновременным внесением жидких удобрений на технологической площадке трактора устанавливают емкость, из которой жидкие удобрения поступают самотеком к пассивным рабочим органам через полые пружинные стойки, а телескопическая штанга управляет краном, установленным на емкости, открывая его в начале гона и закрывая в конце;

- для обработки почвы с одновременным внесением гранулированных удобрений на технологической площадке трактора устанавливают бункер с задвижкой, управляемой телескопической штангой, для подачи гранулированных удобрений к пассивным рабочим органам предназначен вентилятор, приводимый от гидромотора.

Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Совокупность известных и отличительных существенных признаков заявляемого агрегата не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.

Новый технический результат заключается в том, что использование предлагаемого агрегата позволит уменьшить энергоемкость обработки почвы и сократить время и трудоемкость замены режущих элементов.

На фиг.1 показана схема агрегата, вид сбоку; на фиг.2 - схема агрегата, вид сверху; на фиг.3 - разрез А - А; на фиг.4 - первый и второй роторы; на фиг.5 - сечение В - В; на фиг.6 - сечение Б - Б, схема замены режущих элементов; на фиг.7 и фиг.8 показано соединение стоек с траверсами; на фиг.9, 10 и 11 - соединение лап со стойками и замена лап; на фиг.12 - схема почвообрабатывающей машины при замене первичного вала редуктора; на фиг.13 - вид агрегата сверху с дисками; на фиг.14 - вид агрегата сбоку с дисками при развороте; на фиг.15 - вид агрегата с дисками и емкостью для жидких удобрений; на фиг.16 - вид агрегата с дисками и бункером для гранулированных удобрений; на фиг.17 и 18 - схема защиты агрегата при наезде на препятствие.

К раме почвообрабатывающей машины 1 (фиг.1, 2) скобами 2 присоединены траверсы 3. Первая траверса присоединена шарнирно, а вторая и третья - жестко. Осевое смещение и поворот первой траверсы ограничивают хомуты 17. На траверсах закреплены пружинные стойки 4, к которым присоединены лапы 13. На оси редуктора 6 и кронштейне 25 установлен редуктор 5. Вращающий момент на него передается от вала отбора мощности трактора 55 через центральный карданный вал 19, а от редуктора - через карданные валы 11 и передачи 12 на роторы 14. Роторы установлены на поводках 9, которые прикреплены к торсионам 28 (фиг.3) с одной стороны сваркой, с другой - клеммным соединением. Торсионы установлены внутри траверс в подшипниках скольжения 29 через проставки 30, зафиксированные болтами 31. Плужок 26 (фиг.2) на крайней правой пружинной стоке, смещая часть почвы, предохраняет передачу на второй ротор. Для уравновешивания роторов к второй и третьей траверсам с противоположных сторон прикреплены пружины изгиба 27. Для создания при необходимости дополнительного давления роторов на почву на торсионы воздействуют пружины 10 (фиг.1, 2), а для ограничения поворота роторов вниз при работе и на переездах они подвешены к траверсам на цепях 15. К раме сзади приварены крюки 7, сверху присоединен центральный зацеп 23, а к третьей траверсе - сцепы 8. Опорные колеса 20 установлены на оси опорных колес 21. Опорные колеса поднимают и опускают гидроцилиндры 22. Рама почвообрабатывающей машины через автосцеп присоединена к навесной системе трактора, а ось опорных колес и гидроцилиндры - к его раме.

Второй ротор отличается от первого ротора наличием сужений для пропуска почвы, взрыхленной первым ротором. Режущие элементы 32 установлены в вале ротора 33 (фиг.5 и 6) на держателях 34, а прорези, в которые вставлены режущие элементы, защищены кольцами 35. Пружинные стойки соединены с траверсами через зацепы стоек 36 (фиг.7, 8). Петли пружинных стоек опоясывают траверсы с зазором «М».

Лапы имеют отгибы «Н» (фиг.9), придающие им пространственную жесткость. Каждая лапа зафиксирована на пружинной стойке (фиг.9-11) пружинными фиксаторами 38, расположенными на осях 37 и входящими в зацеп фиксаторов 39. В пружинных стойках есть прорези «П», постепенно утопая в которых пружинные фиксаторы компенсируют износ посадочных поверхностей лап на пружинных стойках до выбора зазора «Р».

Независимый привод ВОМ трактора Т - 150К должен быть установлен так, чтобы на выходе было 560 оборотов в минуту. Перед работой в зависимости от удельного сопротивления почвы механизатор устанавливает в редуктор нужный первичный вал-шестерню, чтобы частота вращения роторов соответствовала поступательной скорости агрегата на выбранной передаче (фиг.12). Для этого он отсоединяет карданные валы, разворачивает редуктор вокруг оси редуктора до упора назад в положение VIII, заменяет первичный вал-шестерню без слива смазки и устанавливает редуктор на место. В ЗИПе имеется комплект этих узлов для передач рабочего диапазона.

Механизатор в начале гона опускает с помощью гидроцилиндров опорные колеса на землю, переводит гидроцилиндры и навесную систему в «плавающее» положение и включает привод вала отбора мощности. Почвообрабатывающая машина заглубляется, пока тяги навесной системы не опустятся на оси опорных колес. При продвижении в почве роторы взрыхляют верхний слой, составляющий в среднем 75% обрабатываемого горизонта. Одновременно лапы рыхлят нижний слой горизонта. В конце гона механизатор переводит навесную систему в положение «подъем», а после выглубления почвообрабатывающей машины выключает привод вала отбора мощности. По окончании обработки поля он поднимает опорные колеса.

Крюки предназначены для прицепки к агрегату борон или других дополнительных орудий. Агрегат может быть использован как первый модуль более сложной почвообрабатывающей машины. Для сцепки со вторым модулем служат сцепы и центральный зацеп.

Для локализации напряжений с целью экономии энергии на обработку почвы на болты, крепящие крышку бортового редуктора заднего моста трактора, можно закрепить диски 40 (фиг.13). Предварительно устанавливают три блока опорных колес с усиленной осью опорных колес. Приехав в поле, механизатор приподнимает заднюю часть трактора на опорных колесах (фиг.14) гидроцилиндрами и устанавливает диски так, чтобы они прижались к покрышкам колес. В начале гона механизатор опускает заднюю часть трактора, диски под действием веса трактора врезаются в почву на глубину пахотного горизонта, отделяя с боков обрабатываемый пласт от остальной почвы. Кроме того, диски увеличивают тягово-сцепные качества трактора и поперечную устойчивость его заднего моста. В конце гона механизатор приподнимает заднюю часть трактора на опорных колесах и делает разворот на следующий гон.

Агрегат может быть использован для обработки почвы с одновременным внесением жидких удобрений (фиг.15). Для этого на технологической площадке трактора устанавливают емкость 41. Жидкие удобрения поступают самотеком к лапам через кран 42, рукава 43, трубу распределительную 44, вентили 45, штуцеры 46 и стойки. Телескопическая штанга 47 управляет краном, открывая его в начале гона и закрывая в конце. Норму внесения удобрений регулируют вентилями. Лапы, описывая в пространстве сложную траекторию, способствуют рассеву удобрений, подаваемых через полые пружинные стойки.

Агрегат может быть использован для обработки почвы с одновременным внесением гранулированных или пылевидных удобрений (фиг.16). Для этого на технологической площадке трактора устанавливают бункер 48 с задвижкой 49. Телескопическая штанга управляет задвижкой, открывая ее в начале гона и закрывая в конце. Для подачи гранулированных удобрений предназначен вентилятор 50, воздушный поток которого транспортирует их к лапам. Привод вентилятора от гидромотора 51.

Профиль передних поверхностей режущих элементов выполнен так, что камни, которые могут встретиться в верхнем слое пахотного горизонта, будут вывернуты на поверхность и поэтому не представляют опасности для рабочих органов агрегата. Для защиты от камней, которые могут встретиться в нижнем слое пахотного горизонта, первая траверса присоединена к раме шарнирно. Если нагрузка на одну из лап первого ряда превысит установленную, рычаг 16 срежет штифт 24, при повороте откроет кран пневматической системы 18 (фиг.2, 17). Первая траверса вместе с пружинными стойками и лапами повернется (фиг.17) до упора хомутов в ограничитель рамы, а рычага в раму. Воздух из пневматической системы трактора через напорный рукав 54, кран пневматической системы, рукав 53 поступит в камеру пневмоусилителя муфты сцепления 52 трактора (фиг.18). После выключения муфты сцепления агрегат остановится (применение ремня безопасности обязательно). Одновременно при повороте траверсы первый ротор будет приподнят цепями. Кроме того, при встрече с препятствием пружинные стойки, отклоняясь, выберут зазор «М» и будут приподниматься, частично навиваясь на траверсы. Второй ряд лап обходит препятствия через отклонение назад и в стороны. Второй ротор так же, как и первый, может приподниматься, преодолевая препятствие.

При большом износе режущих элементов возникнет необходимость их замены. В вале ротора диаметрально попарно расположены прорези (фиг.5, 6). В прорези вставлены держатели и приварены к валу ротора с одной стороны прорезей, а оставшиеся свободные части прорезей состоят из двух участков, один из которых соответствует ширине наружной части режущего элемента, а другой - ширине его внутренней части. Для снятия изношенного режущего элемента, находящегося в положении III (фиг.6), его совместно с кольцом поворачивают относительно вала ротора по направлению вращения ротора в положение II. Затем, постепенно вращая в противоположную сторону и вынимая (положение I), извлекают изношенный режущий элемент. Установку нового режущего элемента производят в обратном порядке. Режущий элемент устанавливают в положение III, а затем поворачивают кольцо так, чтобы его усики «Л» (фиг.5) заходили за передние грани режущего элемента. Режущие элементы можно заменять все сразу и индивидуально.

При повреждении или износе может возникнуть необходимость в замене одной или нескольких стоек. При замене открученные зацепы стоек (фиг.7) поворачивают в прорези на траверсе из положения IV в положение V и вынимают.

При износе лап возникнет необходимость их замены. Для замены лапы отгибают пружинные фиксаторы в положение VI (фиг.11), поворачивают их (фиг.10) в положение VII, а затем снимают лапу. Установку новой лапы производят в обратном порядке.

Известен способ обработки почвы, включающий одновременное воздействие на почву режущих элементов ротора и лап (патент SU 982555 А, 28.12.1982). Недостатком его являются большие затраты энергии на обработку почвы.

Известны также безотвальные способы основной обработки почвы: рыхление без оборота пласта чизельными плугами и обработка фрезерными плугами (Кленин Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н.И.Кленин, В.А.Сакун // М., Колос, 1994). Недостатком обоих способов также являются большие затраты энергии на обработку почвы. Кроме того, при использовании чизельных плугов верхний слой пласта почвы почти не подвергается обработке.

Задачей изобретения является уменьшение затрат энергии на обработку почвы и улучшение ее качества.

Поставленная задача решается одновременным воздействием на почву режущих элементов ротора и стрельчатых лап рыхлителя, причем соотношение поступательной скорости агрегата и окружной скорости носков режущих элементов ротора выбрано таким, что создает возможность перемещения почвы в сторону канавки от прохода предыдущего режущего элемента.

Новые существенные признаки:

- обработку почвы осуществляют одновременным воздействием на почву режущих элементов роторов и лап;

- каждый режущий элемент ротора не только снимает почвенную стружку, но и частично перемещает почву в процессе обработки в сторону канавки, образованной от прохода предыдущего режущего элемента;

- лапы описывают в пространстве сложную траекторию за счет сложения поступательного движения агрегата и продольных и поперечных колебаний и стремятся занять наиболее энергетически выгодное положение в каждый момент времени за счет изменения толщины слоя почвы над лапами в результате работы роторов.

Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Совокупность известных и отличительных существенных признаков заявляемого способа не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.

Новый технический результат заключается в том, что использование предлагаемого способа позволит уменьшить энергоемкость обработки почвы и улучшить ее качество.

Агрегат содержит трактор и почвообрабатывающую машину. Машина включает раму, два ротора, два ряда лап, опорные колеса. Роторы имеют режущие элементы и привод от ВОМ трактора. Лапы смонтированы на полых пружинных стойках. Роторы с режущими элементами расположены над лапами. Оси вращения роторов расположены позади носков лап и установлены так, что имеется возможность их ограниченного подъема путем поворота относительно рамы для обхода препятствий. Поворот роторов вниз ограничен цепями. Режущие элементы установлены в держателях, приваренных внутри полых валов, и зафиксированы в прорезях валов поворотом против направления вращения роторов. Режущие элементы роторов развернуты по единой спирали так, что участки спирали на втором роторе являются продолжением участков спирали первого ротора. Профиль передних граней режущих элементов развернут по спирали Архимеда по формуле р=(180-220)φ. Трансмиссия почвообрабатывающей машины имеет такое передаточное отношение, которое обеспечивает окружную скорость активных рабочих органов, минимально необходимую для взрыхления почвы. Первичный вал-шестерня редуктора установлен с возможностью быстрой замены без слива смазки. Лапы имеют отгибы, придающие им пространственную жесткость. Крепление лап выполнено с возможностью быстрой замены. В пружинных стойках выполнены прорези, постепенно утопая в которых пружинные фиксаторы компенсируют износ посадочных поверхностей. Пружинные стойки закреплены на полых траверсах. Петли стоек охватывают траверсы с небольшим зазором, позволяющим лапам совершать в процессе работы сложные колебания, а при встрече с препятствием приподниматься, частично навиваясь на траверсы. Первая траверса присоединена к раме шарнирно и для защиты пассивных рабочих органов от камней к ней присоединен рычаг, воздействующий на срезной штифт и одновременно на кран, открывающий поток сжатого воздуха в камеру пневмоусилителя муфты сцепления. Опорные колеса машины установлены на оси с возможностью подъема и опускания посредством гидроцилиндров. Способ включает одновременное воздействие на почву режущих элементов ротора и лап. При воздействии на почву ротором каждым режущим элементом снимают почвенную стружку и частично перемещают почву в процессе обработки в сторону канавки, образованной от прохода предыдущего режущего элемента. Разрыхление почвы осуществляют лапами, описывающими в пространстве сложную траекторию за счет сложения поступательного движения агрегата и продольных и поперечных колебаний и стремящимися занять наиболее энергетически выгодное положение в каждый момент времени за счет изменения толщины слоя почвы над лапами в результате работы роторов. Такие конструкция и технология позволят снизить затраты энергии на обработку почвы и уменьшить трудоемкость замены режущих элементов активных и пассивных рабочих органов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Комбинированный почвообрабатывающий агрегат, содержащий трактор и почвообрабатывающую машину, включающую раму, два ротора с режущими элементами и приводом от вала отбора мощности трактора, два ряда лап на пружинных стойках, опорные колеса, отличающийся тем, что роторы с режущими элементами расположены над лапами, причем оси вращения роторов расположены позади носков лап и установлены с возможностью их ограниченного подъема путем поворота относительно рамы для обхода препятствий, а поворот роторов вниз ограничен цепями, режущие элементы установлены в держателях, приваренных внутри полых валов, и зафиксированы в прорезях валов поворотом против направления вращения роторов, причем режущие элементы развернуты по единой спирали так, что участки спирали на втором роторе являются продолжением участков спирали первого ротора, профиль передних граней режущих элементов развернут по спирали Архимеда по формуле р=(180-220)φ, а трансмиссия почвообрабатывающей машины имеет такое передаточное отношение, которое обеспечивает окружную скорость активных рабочих органов, минимально необходимую для взрыхления почвы, причем первичный вал-шестерня редуктора установлен с возможностью быстрой замены без слива смазки, лапы закреплены на полых пружинных стойках и имеют отгибы, придающие им пространственную жесткость, а крепление лап выполнено с возможностью быстрой замены, при этом в пружинных стойках выполнены прорези, постепенно утопая в которых пружинные фиксаторы компенсируют износ посадочных поверхностей, кроме того, пружинные стойки закреплены на полых траверсах, причем петли стоек охватывают траверсы с небольшим зазором, позволяющим лапам совершать в процессе работы сложные колебания, а при встрече с препятствием приподниматься, частично навиваясь на траверсы, первая траверса присоединена к раме шарнирно и для защиты пассивных рабочих органов от камней к ней присоединен рычаг, воздействующий на срезной штифт и одновременно на кран, открывающий поток сжатого воздуха в камеру пневмоусилителя муфты сцепления, а опорные колеса почвообрабатывающей машины установлены на оси, смонтированной с возможностью подъема и опускания посредством гидроцилиндров.

2. Комбинированный агрегат по п.1, отличающийся тем, что на болты, крепящие крышку бортового редуктора заднего моста трактора, закреплены диски для отделения пласта обрабатываемой почвы с боков, при этом агрегат содержит три блока опорных колес с усиленной осью опорных колес.

3. Комбинированный агрегат по п.1, отличающийся тем, что для обработки почвы с одновременным внесением жидких удобрений на технологической площадке трактора установлена емкость, из которой жидкие удобрения поступают самотеком к лапам через полые пружинные стойки, а телескопическая штанга управляет краном, установленным на емкости, открывая его в начале гона и закрывая в конце.

4. Комбинированный агрегат по п.1, отличающийся тем, что для обработки почвы с одновременным внесением гранулированных или пылевидных удобрений на технологической площадке трактора установлен бункер с задвижкой, управляемой телескопической штангой, а для подачи гранулированных удобрений к лапам предназначен вентилятор, приводимый от гидромотора.

5. Способ обработки почвы, включающий одновременное воздействие на почву режущих элементов ротора и лап, отличающийся тем, что при воздействии на почву ротором каждым режущим элементом снимают почвенную стружку и частично перемещают почву в процессе обработки в сторону канавки, образованной от прохода предыдущего режущего элемента, причем разрыхление почвы осуществляют лапами, описывающими в пространстве сложную траекторию за счет сложения поступательного движения агрегата и продольных и поперечных колебаний и стремящимися занять наиболее энергетически выгодное положение в каждый момент времени за счет изменения толщины слоя почвы над лапами в результате работы роторов.