РОТАЦИОННАЯ БОРОНА Российский патент 2011 года по МПК A01B29/04 A01B21/04 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим орудиям для поверхностной обработки почвы.

Известен ротационный рабочий орган (Пат. РФ №2319328, МПК A01B 29/04, 2005), содержащий смонтированные на раме ступицы с закрепленной на них спиралью, на витках которой размещены зубья. В центре массы орудия расположен гидромотор-вибратор, имеющий привод от гидросистемы трактора и два дебаланса с возможностью вращения одного в вертикальной, а другого - в горизонтальной плоскости. Гидромотор-вибратор выполнен с возможностью регулировки частоты вращения дебалансов посредством дросселя-расходомера из кабины трактора при движении и амплитуды вибрации изменением массы радиуса установки дебалансов.

Недостатком известного ротационного рабочего органа является его большая энергоемкость, обусловленная наличием гидромотора-вибратора.

Известен каток (Свидетельство на ПМ №9117, МПК A01B 29/04, 1997), содержащий смонтированную на раме с возможностью вращения ступицу с закрепленной на ней спиралью, ось вращения которой перпендикулярна направлению движения. Каток снабжен двумя У-образно расположенными и установленными перед спиральным прикатывающим рабочим органом гладкими цилиндрическими прикатывающими рабочими органами, оси вращения которых размещены под углом к направлению движения, а их передние торцевые поверхности выполнены в виде полусфер.

Недостатком данного катка является его высокая энергоемкость из-за наличия У-образно расположенных и установленных перед спиральным прикатывающим рабочим органом гладких цилиндрических прикатывающих рабочих органов, оси вращения которых размещены под углом к направлению движения. Кроме того, ось вращения спирали, расположенная внутри нее и перпендикулярно направлению движения катка, является причиной забивок спирали сорняками и почвой, что приводит к снижению качества обработки почвы.

Известно почвообрабатывающее орудие (А.с. СССР №1438637, МПК A01B 29/04, 1986, прототип), включающее раму и последовательно установленные на ней с возможностью вращения под противоположными углами к направлению движения пустотелые конические барабаны, каждый из которых выполнен в виде пружины с зубьями на ее витках, при этом направление навивки последующей пружины противоположно направлению навивки предыдущей.

Недостатком известного почвообрабатывающего орудия является его высокая энергоемкость из-за наличия угла афронтальности рабочих органов и назначения данного почвообрабатывающего орудия без учета типа почвы, ее гранулометрического состава, физико-механических свойств, а также степени засоренности почвы сорной растительностью, которые одновременно влияют и на качество обработки почвы.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в снижении энергозатрат на обработку почвы при высоком качестве ее обработки.

Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в снижении себестоимости сельскохозяйственной продукции, выращенной на обработанной заявленным почвообрабатывающим орудием почве.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в ротационной бороне, включающей раму и последовательно установленные на ней с возможностью вращения пустотелые барабаны, каждый из которых выполнен в виде пружины с зубьями на ее витках, при этом направление навивки последующей пружины противоположно направлению навивки предыдущей, зубья на витках пружины выполнены съемными, а рама - с возможностью изменения ширины захвата ротационной бороны на величину, равную

где b - величина приращения ширины захвата ротационной бороны, м;

B - ширина захвата ротационной бороны, м;

D_ком - диаметр среднего комка, м;

а - шаг пружины, м;

d - величина приращения диаметра пружины, м;

φ₁ - угол трения почвы о металл;

φ₂ - угол трения почвы о почву;

K_w - коэффициент, учитывающий влажность почвы перед обработкой, K_w=1,1…1,4,

при этом барабаны установлены на раме с возможностью вращения их с разными угловыми скоростями, причем скорость вращения последующего барабана больше скорости предыдущего. Кроме того, пружина выполнена из полосы прямоугольного сечения шириной не менее 20 мм, а гнезда для установки зубьев на ее витках - квадратными. Рама снабжена механизмом изменения ширины захвата бороны, выполненным в виде установленных симметрично относительно продольной оси рамы на свободных ее концах винтов, соединенных между собой посредством цилиндра с внутренней резьбой, образующего с каждым из винтов винтовую пару, а барабаны связаны друг с другом посредством цепной передачи с передаточным отношением i>1.

Изменением ширины захвата ротационной бороны, которая непосредственно связана функциональной зависимостью с характеристиками почвы и конструктивными параметрами рабочего органа - пружины, изменением количества зубьев на витках пружины, а также возможностью постепенно с увеличивающейся угловой скоростью воздействовать на обрабатываемую поверхность поля позволяет приспособить (адаптировать) ротационную борону к различным условиям работы, оптимально сочетая качество выполнения операции боронования с минимальными энергозатратами.

Величина изменения ширины захвата ротационной бороны определена исходя из условия обеспечения оптимальной структурности при предпосевной обработке почвы, при которой справедливо выражение:

,

где D - диаметр пружины ротационной бороны, м;

D_ком - диаметр максимального комка почвы, м;

φ₁ - угол трения почвы о металл;

φ₂ - угол трения почвы о почву;

K_w - коэффициент, учитывающий влажность почвы перед обработкой, K_w=1,1…1,4,

и зависимости диаметра витка пружины от ширины захвата рабочего органа ротационной бороны:

где D - диаметр пружины ротационной бороны, м;

a - шаг пружины, м;

b - величина приращения ширины захвата ротационной бороны, м;

d - величина приращения диаметра пружины, м;

B - ширина захвата ротационной бороны, м.

Как видно из формулы (*), ширина захвата рабочего органа ротационной бороны действительно зависит от типа и характеристик почвы, а также от параметров рабочего органа (пружины) ротационной бороны, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечить энергосберегающий режим работы почвообрабатывающего орудия при высоком качестве обработки почвы.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображена ротационная борона, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - выносной элемент А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 изображена пружина в сжатом и растянутом состоянии (к расчету приращения величины ширины захвата бороны); на фиг.6 - то же, виток пружины.

Ротационная борона включает раму 1 и последовательно установленные на ней с возможностью вращения пустотелые барабаны, каждый из которых выполнен в виде пружины 2, 3 с образующей, параллельной оси его вращения, и с зубьями 4 на ее витках, при этом направление навивки последующей пружины 3 противоположно направлению навивки предыдущей 2, что способствует повышению равномерности заделки семян в почву. Каждая пружина 2, 3 выполнена из полосы прямоугольного сечения шириной не менее 20 мм, зубья 4 - съемными, а гнезда 5 для установки зубьев 4 на витках пружин 2 и 3 - квадратными для надежной их фиксации отсутствия самооткручивания. Пружины 2 и 3 посредством болтового соединения 6 закреплены на осях 7, 8 и 9, 10 соответственно, установленных в подшипниках 11, которые жестко соединены с рамой 1. Отсутствие вала внутри пружин 2, 3 исключает забивку их сорняками и почвой. Вращающиеся в подшипниках 11 оси 7 и 9 пружин 2 и 3 соответственно связаны друг с другом посредством цепной передачи 12 с передаточным отношением i>1, что обеспечивает большую скорость вращения пружины 3 относительно пружины 2, являющейся ведущей и предыдущей по отношению к пружине 3, и способствует более интенсивному рыхлению почвенных комков с высокой степенью крошения, выравниванию и частичному уплотнению поверхности поля.

Рама 1 снабжена механизмом изменения ширины захвата бороны, выполненным в виде установленных симметрично относительно продольной оси рамы 1 на свободных ее концах 13 и 14 винтов 15 и 16, соединенных между собой посредством цилиндра 17 с внутренней резьбой, образующего с каждым винтом 15 и 16 винтовую пару. Это позволяет либо увеличивать ширину захвата рабочего органа бороны - пружин 2, 3, уменьшая при этом диаметр витка пружины, либо уменьшать его ширину захвата, увеличивая диаметр витка пружин 2, 3, благодаря возможности рамы 1, а с ней и подшипников 11 «раздвигаться-сдвигаться» относительно друг друга.

Ротационная борона работает следующим образом.

Прежде чем приступить к обработке почвы, определяют ее тип, гранулометрический состав, исходную твердость, плотность, коэффициент структурности, влажность, возделываемую культуру, степень засоренности и вид сорной растительности, в зависимости от чего выбирают основные параметры рабочего органа ротационной бороны (пружины): наружный диаметр, шаг спирали, количество зубьев, что позволит адаптировать ротационную борону к конкретным условиям работы, оптимально сочетая качество выполнения операции боронования с минимальными энергозатратами. Количество зубьев устанавливают исходя из условия исключения забивок почвой и растительными остатками рабочего органа и тщательного рыхления верхнего слоя почвы. В зависимости от конкретных условий зубья могут быть установлены, например, через гнездо, либо все одновременно.

Регулировкой положения подшипников 11, «раздвигая-сдвигая» их путем сообщения плоскопараллельного движения свободным концам 13, 14 рамы 1, обеспечиваемого механизмом изменения ширины захвата рабочего органа ротационной бороны, устанавливают необходимые параметры рабочего органа ротационной бороны - пружин 2, 3: диаметр витка, шаг пружины. После проведения необходимых регулировок приступают к обработке почвы боронованием.

При движении ротационной бороны пружины 2, 3, соприкасаясь зубьями 4 с почвой, совершают сложное вращение с вибрацией, защемляя почвенные комки в межвитковом пространстве пружины, что способствует интенсивному их рыхлению, выравниванию и частичному уплотнению, особенно благодаря выполнению пружин 2, 3 из полосы прямоугольного сечения шириной не менее 20 мм, а также за счет короткого промежутка времени воздействия на почву и возможности вращения пружин 2, 3 с разными угловыми скоростями. Поскольку скорость вращения последующей пружины 3 больше скорости предыдущей 2, рыхление почвы происходит с высокой степенью крошения.

Ротационная борона во время движения рыхлит, выравнивает и уплотняет приповерхностный слой - семенное ложе, на глубину 2…3 см. При использовании пружинной конструкции имеется возможность преодоления препятствия в виде камней и других включений за счет деформации рабочего органа вследствие его упругих свойств.

Изготовлен и испытан опытный образец ротационной бороны на различных по гранулометрическому составу и типу почвах. В результате получены следующие усредненные данные по качеству обработки: плотность, ρ (г/см³) - 1,26…1,28; коэффициент структурности, K (ед.) - 4…4,5, преобладание комков размером от 1 до 25 мм, глубина бороздок не более 3 см, что соответствует агротехническим требованиям для возделывания мелкосеменных культур. Снижение удельных энергетических затрат составило 18…20% по сравнению с применением той же ротационной бороны без предварительных регулировок, учитывающих почвенные характеристики обрабатываемого поля, а себестоимость сельскохозяйственной продукции - на 20…25%.

Борона включает раму и последовательно установленные на ней с возможностью вращения пустотелые барабаны. Каждый барабан выполнен в виде пружины с зубьями на ее витках, а направление навивки последующей пружины противоположно направлению навивки предыдущей. Зубья на витках пружины выполнены съемными. Рама выполнена с возможностью изменения ширины захвата ротационной бороны на величину, равную , где b - величина приращения ширины захвата ротационной бороны, м; В - ширина захвата ротационной бороны, м; D_ком - диаметр среднего комка, м; а - шаг пружины, м; d - величина приращения диаметра пружины, м; φ₁ - угол трения почвы о металл; φ₂ - угол трения почвы о почву; K_w - коэффициент, учитывающий влажность почвы перед обработкой, K_w=1,1…1,4, при этом барабаны установлены на раме с возможностью вращения их с разными угловыми скоростями, причем скорость вращения последующего барабана больше скорости предыдущего. Такое конструктивное выполнение позволит снизить энергозатраты при одновременном повышении качества обработки почвы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ротационная борона, включающая раму и последовательно установленные на ней с возможностью вращения пустотелые барабаны, каждый из которых выполнен в виде пружины с зубьями на ее витках, при этом направление навивки последующей пружины противоположно направлению навивки предыдущей, отличающаяся тем, что зубья на витках пружины выполнены съемными, а рама - с возможностью изменения ширины захвата ротационной бороны на величину, равную
где
b - величина приращения ширины захвата ротационной бороны, м;
В - ширина захвата ротационной бороны, м;
D_ком - диаметр среднего комка, м;
а - шаг пружины, м;
d - величина приращения диаметра пружины, м;
φ₁ - угол трения почвы о металл;
φ₂ - угол трения почвы о почву;
K_w - коэффициент, учитывающий влажность почвы перед обработкой, K_w=1,1…1,4, при этом барабаны установлены на раме с возможностью вращения их с разными угловыми скоростями, причем скорость вращения последующего барабана больше скорости предыдущего.

2. Ротационная борона по п.1, отличающаяся тем, что пружина выполнена из полосы прямоугольного сечения шириной не менее 20 мм, а гнезда для установки зубьев на ее витках - квадратными.

3. Ротационная борона по п.1, отличающаяся тем, что рама снабжена механизмом изменения ширины захвата бороны, выполненным в виде установленных симметрично относительно продольной оси рамы на свободных ее концах винтов, соединенных между собой посредством цилиндра с внутренней резьбой, образующего с каждым винтом винтовую пару.

4. Ротационная борона по п.1, отличающаяся тем, что барабаны связаны друг с другом посредством цепной передачи с передаточным отношением i>1.