Мотокультиватор с поворотными фрезами Российский патент 2024 года по МПК A01B33/00 B62D51/04 

Техническое решение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к фрезерным почвообрабатывающим орудиям и может быть использовано для вспашки и культивирования почвы мотокультиваторами.

Известна фреза-культиватор (Патент RU 90288, опубл. 10.01.2010), образованная из рабочих секций, содержащих закрепленные на трубчатой насадке - на валу посредством пластин и рабочих стоек рабочие элементы - поперечные пластинчатые ножи, расположенные симметрично относительно плоскости вращения стойки, пластина ножа имеет форму сплошного равностороннего треугольника, при этом вершина, обращенная в сторону вращения, распложена дальше от оси вращения ножа, чем его основание, а по всей длине боковых сторон на пластине имеется наружная заточка, пластина ножа выполнена с усеченной вершиной, причем углы при основании пластины скруглены, боковые стороны имеют рабочую режущую кромку, выполненную с заданным углом в диапазоне от 15 до 45°, а угол расположения ножа относительно оси стойки лежит в пределах от 90 до 130°, при этом рабочие секции расположены на втулке в чередующемся порядке таким образом, что угол смещения осей стоек рабочих секций относительно друг друга составляет 360/n, где n - число радиальных стоек. Пластины приварены к трубчатой насадке, а рабочие элементы приварены к пластинам.

Недостатком является выполнение известного устройства из сборных элементов (деталей), что приводит к понижению надежности при эксплуатации, а также большими трудо-материальными затратами при производстве (изготовлении).

Известен культиватор Texas Lilli 532 TG, содержащий раму к которой жестко закреплены двигатель, руль и редуктор. (Техническая характеристика мотокультиватора. www.Garden-Best.ru, 2010). Транспортировочное колесо установлено с возможностью подъема вверх при культивации почвы. Рабочий орган (фрезы) одеты на выходной вал редуктора. Сошник закреплен за раму с возможностью изменения его высоты. Двигатель защищают крылья, установленные под ним. Крутящий момент с вала двигателя передается на входной шкив редуктора посредством ременной передачи с прижимным роликом. Прижимной ролик приводится в действие рычажно-тросовым механизмом, установленным на несущей пластине рамы и соединенным с ручками управления задним и передним ходом мотокультиватора. Ручки управления расположены на руле.

Недостатки культиватора заключаются в том, что в известной конструкции используются короткие крылья, которые не защищают двигатель от попадания комьев земли, камней и пыли, вылетающих из-под работающих фрез на привод стартера и крыльчатку охлаждения двигателя. Это приводит к быстрому износу шнура стартера и поломки крыльчатки вследствие забивания через щели корпуса стартера инородными предметами. Земля, мелкие камни и пыль являются агрессивными абразивными материалами и ухудшают условия охлаждения двигателя, что служит причиной быстрого выхода его из строя. В целом, вышесказанное приводит к снижению надежности мотокультиватора. Кроме того, во время работы, прижимая первый или второй прижимной ролик к соответствующему ремню, происходит его натяжение. Ремень входит в зацепление со шкивами двигателя и редуктора, передавая, тем самым, крутящий момент от двигателя редуктору. Недостатком является то, что человек по ошибке может нажать на оба прижимных ролика, тем самым, включается передняя и задняя скорости и мотокультиватор выходит из строя. Также, существенным недостатком является необходимость использования сошника в работе мотокультиватора. Оператор должен постоянно регулировать глубину погружения сошника в землю для обеспечения равномерной работы мотокультиватора при вспашке земли. Это неудобно и трудоемко.

Известен универсальный шарнир постоянных скоростей для любого типа передач и, в частности, для вертолетов с роторами, называемыми карданными (WO 2013061348, опубл. 02.05.2013). Также известны шарниры равных угловых скоростей (сокращенно ШРУС) (патенты SU 894238 A1, опубл. 30.12.1981 и RU 110196, опубл. 10.11.2011), которые обеспечивают передачу крутящего момента при углах поворота до 70 градусов относительно оси. Используется в системах привода управляемых колес легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колес и в приводах передних колес внедорожников.

Известна зубчатая муфта (патент RU 2418211 C1, опубл. 10.05.2011) для передачи вращения от одного вала к другому с возможностью изменения расположения их осей, включающая принадлежащие к разным сопрягаемым валам ведущую и ведомую полумуфты, введенные в постоянное зацепление с промежуточной передаточной обоймой, при этомполумуфты выполнены в виде шестерен, а обойма представляет собой тело вращения, снабженное двумя коаксиальными с ним зубчатыми венцами, введенными в зацепление с полумуфтами, и опирается на два отдельных водила, каждое из которых может поворачиваться вокруг оси связанного с ним вала.

Известна мотофреза (патента RU 2028739 C1, опубл. 20.02.1995), содержащая двухколесное шасси с рукоятками управления, на котором смонтированы двигатель и установленный позади колес рабочий орган в виде размещенного параллельно направлению поступательного перемещения орудия вала с радиально расположенной на нем группой изогнутых рабочих элементов, а также привод колес шасси и указанного рабочего органа во вращательное движение, при этом колеса шасси имеют разный диаметр и по крайней мере одно из них снабжено выступающим за его радиус буртиком, а группа рабочих элементов выполнена в виде цельной детали с отверстием в центре для установки на валу и расположенных по периферии режущих элементов, каждый из которых расположен под углом к плоскости вращения и имеет отогнутый в сторону концевой участок.

В качестве наиболее близкого источника можно принять известное почвообрабатывающее орудие (патент RU 2048714 C1, опубл. 27.11.1995), содержащее раму, на которой смонтированы двигатель, редуктор и размещенные в ряд поперечно к направлению поступательного перемещения приводные от редуктора во вращательное движение шнеки с параллельными наклонными осями вращения, расположенными в продольно-вертикальных плоскостях, причем каждый шнек выполнен в виде стержня с закрепленными на нем воздействующими на почву элементами. При этом почвообрабатывающее орудие снабжено опорной лыжей, выполненной в виде пластины с направляющими, при этом рама со смонтированными на ней элементами соединена с опорной лыжей посредством шарнира с возможностью перемещения шнеков в упомянутых направляющих для регулирования наклона осей вращения шнеков в продольно-вертикальной плоскости, а воздействующие на почву элементы шнека выполнены в виде центрального пустотелого пластинчатого режущего элемента с расположенными по спирали рабочими кромками, из которых диаметрально противоположные одна другой относительно стержня шнека размещены на разных расстояниях от указанного стержня, а также в виде винтообразно расположенных относительно стержня шнека колец, наружный диаметр которых больше диаметра центрального режущего элемента, и двух пластин для ввинчивания этого элемента в почву, которые расположены ниже последнего перпендикулярно к стержню шнека своими торцами, с разворотом относительно друг друга в плоскости своего вращения.

При этом все мотокультиваторы, предназначенные для обработки земли не отвечают условиям с потребительской точки зрения. Так, от реализации заявленного изобретения достигается простота и удобство использования почвообрабатывающего оборудования.

Технический результат - облегчение работы с мотокультиватором при обработке почвы.

Технический результат достигается тем, что мотокультиватор с поворотными фрезами, содержит: корпус с рукояткой, на котором смонтированы двигатель, механизм передачи вращения вала двигателя на два вала, два вертикально ориентированных вала с установленными на них фрезами для вспашки почвы. При этом каждый из вертикально ориентированных валов связан посредством редуктора с горизонтальным валом, на котором с двух концов закреплены фрезы для вспашки почвы, а корпус каждого редуктора совместно с соответствующим ему горизонтальным валом выполнен с возможностью поворота, относительно корпуса мотокультиватора.

Поворот корпуса каждого редуктора возможен на угол 22, 50° или 45°.

Предлагаемый мотокультиватор с поворотными фрезами показан на фиг. 1-11,

где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемого мотокультиватора с поворотными фрезами,

на фиг. 2 показан общий вид обычного мотокультиватора,

на фиг. 3 показана схема движения и расположения фрез предлагаемого мотокультиватора с поворотными фрезами,

на фиг. 4 показаны направление поворота осей фрез предлагаемого мотокультиватора с поворотными фрезами,

на фиг. 5 показана схема действия сил при движении мотокультиватора с поворотными фрезами,

на фиг. 6 показана схема силы движения вперед мотокультиватора с поворотными фрезами,

на фиг. 7 показана схема боковых сил при движении мотокультиватора с поворотными фрезами,

на фиг. 8 показан механизм передачи крутящего момента от двигателя,

на фиг. 9 показаны предпочтительные углы плоскости фрез или осей вращения фрез,

на фиг. 10-11 поясняется процесс изменения угла плоскости вращения фрез (поворот редуктора).

На фигурах позициями обозначены следующие позиции:

1 - рукоятка управления,

2 - бензиновый двигатель,

3 - механизм передачи момента вращения,

4 - механизм поворота редуктора на 90 градусов по часовой стрелке,

5, 7, 8, 10 - фрезы для вспашки - культивирования почвы,

6, 9 - червячный редуктор,

11 - механизм поворота редуктора на 90 градусов против часовой стрелки,

12, 13 - оси фрез,

14 - сошник,

15 - вал,

16 - барабан сцепления,

17 - ведущий шкив,

18 - клиновой ремень,

19 - ведомый клиновой шкив,

20, 21 - рычаги,

22 - пружина растяжения,

23, 24 - ролики,

25 - винт.

Предлагаемый мотокультиватор с поворотными фрезами показан на фиг. 1 и имеет в своем составе: бензиновый двигатель (2) с вертикальным валом, два червячных редуктора (6, 9), фрезы (5, 7, 8, 10) для вспашки - культивирования почвы, механизм (4, 11) поворота редуктора на 90 градусов по часовой стрелке и против часовой стрелки, механизм передачи момента вращения (3) от двигателя на два редуктора с вертикальным валом, рукоятка управления (1) мотокультиватором.

Задачей настоящего технического решения является повышение удобства в эксплуатации мотокультиватора с поворотными фрезами, при управлении им в движении и в работе. Это достигается за счет поворота осей (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10), см. фиг. 1, вокруг осей приводов двух редукторов (6, 9) на углы до 90 градусов по часовой или против часовой стрелки, см. фиг. 4, чем достигается возможность стреловидного расположения осей (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10) под некоторым углом «Альфа» см. фиг. 1, 3 что позволяет не использовать сошник (14) как в конструкции обычного мотокультиватора с прямым расположением осей фрез, см.фиг. 2, для регулировки движения и глубины вспашки. Оператору при работе с мотокультиватором с поворотными фрезами просто надо повернуть оси (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10) на необходимый угол стреловидности - см. фиг. 1, 3, 4, что позволяет не регулировать постоянно глубину погружения сошника (его нет в данной конструкции мотокультиватора) в землю, что значительно упрощает и облегчает всю работу. Кроме того, происходит и улучшение качества подготовки почвы для посева-посадки за счет более интенсивного рыхления фрезами (5, 7, 8, 10), оси (12, 13) которых расположены в данном случае под некоторым острым углом "альфа» относительно направления движения, фиг. 3. При таком расположении осей (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10), крайние фрезы (5, 10) частично повторно рыхлят почву, обработанную уже внутренними фрезами (7, 8).

В предлагаемом решении используются два червячных редуктора (6, 9) фиг. 1, от которых момент вращения передается на оси фрез (12, 13). Сами редуктора (6, 9) могут поворачиваться на 90 градусов в разные стороны фиг. 4, тем самым достигается необходимый угол поворота осей (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10) или угол «Альфа» стреловидности между осями фрез, см. фиг. 3. Привод на оси редукторов осуществляется от бензинового двигателя, расположенного сверху мотокультиватора.

Механизм передачи крутящего момента от бензинового двигателя показан на фиг. 8. Крутящий момент с вала бензинового двигателя передается посредством фрикционных накладок механизма сцепления центробежного, закрепленного на выходном валу двигателя, на барабан сцепления (16), имеющим жесткую связь с ведущим шкивом клиновым (17), Рис.8. Посредством двух клиновых ремней (18) крутящий момент с ведущего шкива (17) передается на два ведомых клиновых шкива (19). Натяжение клиновых ремней (18) обеспечено механизмом натяжения, состоящим из рычагов (20, 21) с роликами (24, 23) и пружины растяжения (22). Ведомые клиновые шкивы (19) установлены на валы (6, 9) стоек (корпус с поворотным механизмом) посредством шпоночного соединения с использованием призматических шпонок 5х5х16 мм. Корпус с поворотным механизмом представляет из себя понижающий редуктор червячного типа, на выходных осях которых закреплены фрезы культиватора.

Установка угла плоскости фрез или осей вращения фрез. Угол осей вращения фрез культиватора регулируемый и может иметь три значения: 00°, 22, 50° и 45°, см. фиг. 9. На данный момент эти углы фиксируемые и получены на основе проведенных испытаний. Угол 0 градусов - обычная вспашка-рыхление уже обработанной почвы с использованием сошника; Угол 22, 5 градусов - вспашка-рыхление без сошника почвы средней плотности, ранее вспаханной 1-2 сезона назад; Угол 45 градусов - вспашка-рыхление без сошника целины, необработанной или очень плотной почвы.

Установка плоскости вращения фрез на различные углы на левой и правой стойках не допускается. Изменение угла установки плоскости вращения фрез допускается выполнять после снятия винтов (25) с обоих корпусов с поворотным механизмом, см.фиг. 9, 10. Для установки требуемого угла плоскости вращения фрез необходимо выкрутить винты (25) с внутренним шестигранником М8х35 4 шт.. (по 2 шт. на каждом корпусе поворотного механизма) с использованием шестигранного ключа 6 мм. Установить стойки, развернув их на требуемый угол. Элементы стойки установить в нужное положение до совмещения отверстий для установки винтов (25) между подвижной (В) и статической (А) частями изделия. Установить винты М8х35 в соответствующие отверстия и затянуть их с необходимым усилием.

Винты (25) см. фиг. 10, 11, обеспечивают фиксацию положения стоек относительно поворотного механизма, имеющего жесткую связь с корпусом мотокультиватора, обеспеченной посредством резьбовых соединений по фланцу корпуса поворотного механизма.

Осуществление изобретения.

Представленный мотокультиватор с поворотными фрезами фиг. 1, используется на садовых участках для вспашки земли. Вспашка земли осуществляется фрезами (5, 7, 8, 10), которые приводит в движение двигатель (2), через редуктор (6, 9).

Суть вспашки обычного мотокультиватора фиг. 2 состоит в том, что при вращающихся фрезах культиватор начинает двигаться вперед, и оператору необходимо погрузить сошник (14) в землю на такую глубину, которая позволила бы мотокультиватору двигаться вперед за счет вращения фрез, и немного тормозиться. Тем самым обеспечивая вспашку земли. Это достигается работой оператора, управляющего мотокультиватором. Оператору нужно постоянно регулировать вручную глубину погружения сошника (14) в землю, что достаточно сложно и утомительно.

В данном мотокультиваторе с поворотными фрезами, оси (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10), могут вращаться и быть расположены стреловидно, под некоторым острым углом "альфа", к направлению движения, таким образом обеспечивая одновременное движение и вперед, и вспашку земли за счет искусственного торможения фрез в почве из-за стреловидного расположения осей (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10).

Физический смысл изобретения состоит в следующем. В заявленном варианте конструкции мотокультиватора с поворотными фрезами, оси (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10) распологаются под некоторым углом "альфа" к направлению движения мотокультиватора за счет поворота и принятия «стреловидной" схемы расположения осей фрез см. фиг. 3. При таком расположении осей фрез, возникающие общие силы движения F1 и F2 при вращении фрез, направлены в стороны и перпендикулярно осям (12, 13) вращения фрез (5, 7, 8, 10), см. фиг. 3. Движение мотокультиватора с поворотными фрезами, осуществляется за счет суммы составляющих F₁₁ и F₂₁, направленных вперед и равна F, см. фиг. 5, 6. Составляющие F₁₂ и F₂₂ равны по величине, направлены перпендикулярно движению и в противоположные стороны, тем самым они гасят друг друга, фиг. 7. Расположенные таким образом фрезы (5, 7, 8, 10) осуществляют как движение мотокультиватора вперед, так и рыхление почвы без необходимости использования искусственного торможения сошником (14), как это делается в обычных мотокультиваторах, фиг. 2. Суммарная сила движения вперед F фиг. 5, 6, здесь меньше, чем в обычном мотокультиваторе, но появляются силы F₁₂ и F₂₂, которые и обеспечивают рыхление почвы, фиг. 5. В предлагаемой конструкции мотокультиватора с поворотными фрезами сошник отсутствует.

Расположение осей (12, 13) фрез (5, 6, 8, 10) под некоторым углом "Альфа", позволяет значительно облегчить работу с мотокультиватором с поворотными фрезами, т.к. нет необходимости все время регулировать движение мотокультиватора, поднимая или опуская сошник (14), фиг. 2. Его нет в конструкции с поворотными фрезами. Мотокультиватор с поворотными фрезами самостоятельно и равномерно движется вперед, задача оператора состоит только в регулировании направления его движения. Оси (12, 13) фрез (5, 7, 8, 10) находятся в плоскости параллельной поверхности земли. Выбор угла "альфа», зависит от типа почвы. Необходимо подобрать его таким образом, чтобы мотокультиватор с поворотными фрезами одновременно двигался вперед со скоростью 2-3 км/час (удобная скорость движения в работе) и рыхлил почву на глубину 170-190 мм (радиус фрез). Для подзолистых и дерново-подзолистых почв средней полосы России в процессе проведения испытаний данный угол составил 40-50 градусов. При этом скорость вращения фрез в данном мотокультиваторе с поворотными фрезами составляет около 100 об/мин, что соответствует скорости вращения практически у всех моделей обычных мотокультиваторов с прямым расположением осей фрез.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Мотокультиватор содержит корпус с рукояткой, на котором смонтированы двигатель, механизм передачи вращения вала двигателя на два вала, два вертикально ориентированных вала с установленными на них фрезами для вспашки почвы. Каждый из вертикально ориентированных валов связан посредством редуктора с горизонтальным валом, на котором с двух концов закреплены фрезы для вспашки почвы. Корпус каждого редуктора совместно с соответствующим ему горизонтальным валом выполнен с возможностью поворота относительно корпуса мотокультиватора. Обеспечивается облегчение работы с мотокультиватором при обработке почвы. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Мотокультиватор с поворотными фрезами, содержащий корпус с рукояткой, на котором смонтированы двигатель, механизм передачи вращения вала двигателя на два вала, два вертикально ориентированных вала с установленными на них фрезами для вспашки почвы, отличающийся тем, что каждый из вертикально ориентированных валов связан посредством редуктора с горизонтальным валом, на котором с двух концов закреплены фрезы для вспашки почвы, при этом корпус каждого редуктора совместно с соответствующим ему горизонтальным валом выполнен с возможностью поворота относительно корпуса мотокультиватора.

2. Мотокультиватор по п.1, отличающийся тем, что поворот корпуса каждого редуктора возможен на угол 22,5° или 45°.