Рыхлитель почвы Советский патент 1993 года по МПК A01B49/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, и может быть использовано для обработки почв в районах, подверженных ветровой и водной эрозии.

Цель изобретения - повышение качества обработки почвы и снижение энергозатрат.

Цель достигается тем, что рыхлитель почвы содержит раму, на которой поярусно установлены рыхлящие рабочие органы, причем задний расположен выше переднего и выполнен в виде стрельчатой плоскорежущей лапы, а рабочий орган нижнего выполнен в виде зубчатой лапы с долотом и смещен в поперечном направлении относительно носка лапы верхнего яруса таким образом, что расстояние в этом направлении между полевым обрезом лапы нижнего яруса и носком лапы верхнего яруса равноО,9Н, где Н - расстояние по вертикали между носком стрельчатой лапы и лезвием долота

зубчатой лапы, расположенной со стороны ее полевого обреза.

Как уже отмечалось, установлено, что блокированное резание почвы требует существенно больших затрат энергии, чем полублокированное и свободное (на 20-30 и на 40-60 соответственно). Носок стрельчатой лапы всегда осуществляет блокированное резание, причем даже в том случае, когда с обеих сторон от лапы почва уже разрыхлена впереди идущими рабочими органами (лапами). Вызвано это-тем, что носок стрельчатой лапы внедряется fe необработанную почву, которая со всех сторон блокирует его.

Как известно, резание почвы - процесс циклический. В начале цикла долото- режу.- щий элемент почвообрабатывающего орудия (долото, носок лапы) внедряется в почву и деформирует ее без образования стружки, затем по достижении предельных напряжений в зоне деформации происходит разрушение почвы и образование стружки. При этом образуются так называемые линии

(Л

С

00

о о

N Ю 00

скола (фиг.2), Установлено, что разрушение (рыхление) почвы по линиям скола энергетически наиболее выгодной способ обработки почвы.

Известно, что линии скола начинаются не непосредственно от боковых кромок лезвия долота, а несколько выше. Так как глубина, хода лезвия долота относительно носка стрельчатой лапы равна Н.то глубина, на которой начинается линия скола, равна Кбок Н, где Кбок-отношение глубины, на которой начинаются линии скола, к полной глубине хода долота (Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами, М.: Машиностроение, 1971).

Для переуплотненных почв, подлежащих обработке рыхлителями и плугами с почвоуглубителями, и с учетом принятого в сельскохозяйственной почвообрабатывающей технике угла резания, равного 25-30°, Кбок 0,87-0,92. :/.: : :.,- - . -

Необходимо отметить, что для острия носка стрельчатой лапы Кбок 1, т.е. можно считать, что линии скола начинаются непосредственно от острия или от участка лезвия, примыкающего к нему. Связано этр с тем, что острие носка лезвия лемехов лапы лежит практически в одной режущей плоскости, В общем случае стрельчатая лапа - это долото с увеличенной шириной-захвата и для крайних боковых точек лезвий лапы Кбок принимает; значения, близкие или равные значениям Кбок долота. Однако так как ширина захвата плоскорежущей лап обычно на порядок больше, чем ширина долота, то для плоскорежущих стрельчатых лап Кбок 1. Полученные в результате проведенных сравнительных полевых испытаний зубчатой и стрельчатой.лап поперечные профили разрыхленных зон подтверждают правильность принятых значений Кбок.

Проекция линии скола на поперечно- вертикальную плоскость в общем случае наклонена к горизонтальной плоскости под углом у. Для типичных условий работы рыхлителя у 43-47°.

При конструировании почвообрабатывающих машин с достаточной точностью принимается Кбок -0,90 и у .45°. Хотя значения этих параметров колеблются даже в пределах одного гона однако отклонения от их среднестатических значений не превышают допустимых.

В заявляемом рыхлителе почвы каждая зубчатая лапа нижнего яруса установлена на раме таким образом, что расстояние в поперечном направлении между ее полевым обрезом и носком лапы верхнего яруса равно L Кбок х Н, где Н - расстояние по

вертикали между носком стрельчатой лапы и лезвием долота зубчатой лапы, расположенной со стороны ее полевого обреза. Подставляя Кбок 0,9, получим L 0,9Н. 5Такое расположение рабочих органов верхнего и нижнего ярусов позволяет добиться максимально возможного положительного эффекта. Объясняется это следующим.

0 В процессе взаимодействия рабочих органов рыхлителя с почвой происходит ее скалывание. Проекции на поперечно-вертикальную плоскость линии скола от. носка стрельчатой лапы и ближайшего к ней доло5 та зубчатой лапы совпадают. Иначе говоря,

впереди и глубже идущая зубчатая лапа

нижнего яруса инициирует трещины скола,

которыми бесплатно пользуется сзади и

выше идущая стрельчатая лапа, поскольку в

0 этом случае ее носок при внедрении в почву (в начале цикла разрушения) не расходует энергию на образование начальной трещины (линии) скола в ненарушенном монолите, а развивает уже готовую. При этом эко.но5 мия энергии заявляемым рыхлителем в . сравнении с прототипом достигает 15-20%, Кроме снижения энергозатрат, разгрузка стрельчатых лап верхнего яруса имеет еще один положительный эффект. Ра0 бочие органы предлагаемого рыхлителя имеют повышенный межремонтный срок службы. Это относится не только к зубчатым органам нижнего яруса (см.авт.св. 1535391), но и к стрельчатым лапам верхнего яруса.

5 Общеизвестно, что основной причиной замены лемехов стрельчатых лап является не их физически предельный износ , а затупле- ние лезвий и -образование на них затылочной фаски, вследствие . чего

0 почвообрабатывающее оружие теряет ус. тойчивость хода то глубине. На твердых,

неразрыхленных почвах процесс затупления протекает в несколько раз быстрее, чем

на мягких или предварительно

5 разрыхленных. Очевидно, что предварительное частичное рыхление почвы перед стрельчатой лапой снижает ее износ в зави.- симости от типа почв нз 5-20%.

Необходимо также отметить, что зубча-.

0 тыё лапы рыхлителя единственные из всех известные пассивных почвообрабатывающих рабочих органов, которые сохраняет заглубляющую способность вплоть до полного износа своих режущих элементов (долот).

5 Положительный эффект избыточной за- глубляемости зубчатых рабочих органов полностью компенсирует негативное вы- глубляющее воздействие затупленных в процессе эксплуатации стрельчатых лап верхнего яруса и тем самым позволяет продлить межремонтный срок из службы без дополнительных капитальных затрат.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый рыхлитель почвы отличается тем, рабочий орган нижнего яруса смещен в поперечном направлении относительно носка лапы верхнего яруса и выполнен в виду зубчатой лапы с долотом, а расстояние в поперечном направлении между полевым обрезом лапы нижнего яруса и носком лапы верхнего яруса равно 0,9Н, где Н. - расстояние по вертикали между носком стрельчатой лапы и лезвием долота зубчатой лапы, расположенной со стороны ее полеврго обреза. Таким образом, заявляемый рыхлитель почвы соответствует критерию новизна.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями/в данной области техники, не позволили выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет.сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия. .

На фиг, 1 представлена рама заявляемого рыхлителя почвы с установленными на ней двумя стрельчатыми лапами верхнего яруса и- двумя зубчатыми лапами нижнего яруса; на фиг.2 -схема деблокирования носка стрельчатой лапы зубчатой лапой нижнего яруса.

Рыхлитель содержит раму 1, две симметричные стрельчатые лапы 2 верхнего яруса 2 и рабочие орга.ны нижнего яруса, выполненные в виде зубчатых лап 3, каждая из которых содержит по три долота 4. Рабо- чие органы верхнего и нижнего ярусов рыхлителя крепятся на раме с помощью стоек и, имеют равную технологическую ширину захвата. . у. у ... - ; . . : .;. . Первым по ходу установлен рабочий орган нижнего яруса - зубчатая лапа. Сзади и сбоку установлена стрельчатая лапа верхне- го.яруса. Вторая зубчатая лапа расположена практически ей в затылок., но ниже на высоту Н. . . .;. ; . :- . .

В целях унификации с выпускаемыми почвообрабатывающими машинами рама заявляемого рыхлителя почвы заимствована у серийного ярусного плуга ПНЯ-4-42, В общем случае в зависимости от энергосредства, на которое навешивается рыхлитель, рама может изменяться. Однако, поскольку на новизну заявляемого технического решения это обстоятельство не влияет, то и не рассматривается в данной заявке. Отметим только, что верхние-и нижние рабочие органы предлагаемого рыхлителя в нашем конкретном случае были выполнены как сменные рабочие органы к плугу ПНЯ-4-42.

Разность по высоте Н между лезвием долота 4, расположенного со стороны поле- вого обреза зубчатой лапы нижнего яруса, и носком сзади идущей стрельчатой лапы равно 200 мм, а расстояние в поперечном направлении L между этим долотом (полевым отрезом зубчатой лапы) и носком стрельча- той лапы составляет 185 мм.

Согласно приведенным выше данным оптимальное значение расстояния, между соответствующими лапами L 0,9 Н или

L 0,9 х 200 18.0 (мм), 185-180 5 (мм). Таким образом, ошибка составила ме- н ее 3% от теоретического значения L Существенность ее влияния при испытаниях рыхлителя не выявлена.

Рыхлитель почвы работает следующим образом.

Стрельчатые лапы верхнего яруса под- резают корни сорных растений и рыхлят

верхний слой почвы на глуб.ину до 20 см. Зубчатые лапы рыхлят подпахотный слой почвы толщиной 20 см, формируя мелко- .гребнистое противоводоэрозионное, не уплотненное дно борозды (см.фиг.2).

Как видно из фиг.1, впереди идущая

стрельчатая лапа рыхлит верхний слой почвы, поэтому сзади идущий рабочий орган

нижнего яруса рыхлит только нижний слой. Это обстоятельство позволяет существенно сократить тяговое сопротивление предлагаемого рыхлителя. Расположенный по ходу

первый рабочий орган нижнего яруса вынужден рыхлить почву на всю глубину обработки только при прокладке первой борозды на необработанном поле. В осталь- .ных случаях он движется в полуборозде, оставленной при предыдущем проходе

рыхлителя последней (по ходу) стрельчатой лапой .верхнего .яр-уса. Этот принцип ис- пользуется в базовом плуге ПНЯ-4-4.2 и при двухъярусной отвальной обработке почвы. ...

При взаимодействии боковых кромок лезвий долот зубчатой лапы с почвой образуются линии скола, наклоненные под углом

45° к дневной поверхности. Для тех типов

почв, на которых проходил испытания заявляемый рыхлитель, линии скола брал.и начало на.высоте 2 см от линии резания

лезвиями долот, что составляет 0,1 х L, где

см.

В процессе работы рыхлителя траекто- рия движения носков стрельчатых лап постоянно пересекает линии скола, инициируемые долотами зубчатых лап. Установлено, что увеличение расстояния L более чем на 1.0% вызывает, скачкообразное повышение тягового сопротивления рыхлителя. Уменьшение этого расстояния приводит к неоправданному уменьшению общей ширины захвата рыхлителя вследствие нерациональной величины перекрытия рабочих органов как нижнего, так и верхнего яруса, либо к увеличению его тягового сопротивления вследствие того, что зубчатая лапа нижнего яруса выходит из энергетической тени впереди идущей стрельчатой лапы верхнего яруса. Причем во втором случае расход энергии намного больше, чем в пер- вом, так как уменьшается положительное влияние эффекта послойной обработки почвы и рабочие органы нижнего яруса вынуждены рыхлить почву частично на всю глубину хода всего рыхлителя,

Проведение испытаний заявляемого рыхлителя на переуплотненных, подверженных ветровой-и водной эрозии почвах показало по сравнению с прототипом его

высокую .эффективность, технологическую надежность и простоту в обслуживании,. Фор мула изобретения Рыхлитель почвы, содержащий раму и поярусно установленные на ней рыхлящие- рабочие органы, из которых задний расположен выше переднего и выполнен в виде стрельчатой плоскорежущей лапы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки почвы и снижения энергозатрат, рабочий орган нижнего яруса смещен в поперечном направлении относительно носка лапы верхнего яруса и выполнен в виде зубчатой лапы с долотом, а расстояние в поперечном направлении между полевым обрезом лапы нижнего яруса и носком лапы верхнего яруса равно 0,9 Н, где Н - расстояние по вертикали между носком стрельчатой лапы и лезвием долота зубчатой лапы, расположенной со стороны

ее полевого обреза.

Ш2

Изобретение относится к сел ьскому хозяйству и имеет целью повышения качества обработки почвы при снижении энергозатрат на ее проведение. Рыхлитель почвы содержит раму, на которой поярусно установлены рыхлящие рабочие органы. Рабочий орган нижнего яруса выполнен в виде зубчатой лапы с долотом и смещен в поперечном направлении относительно носка стрельчатой лапы верхнего яруса, таким образом, что расстояние в этом направлении между полевым обрезом лапы нижнего яруса и носком лапы верхнего яруса равноО.ЭН, где Н - расстояние по вертикали между носком стрельчатой лапы и лезвием долота. 2 ил.