ДИСКОВОЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
DISK TILLAGE DEVICE

Заявленное изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим агрегатам, предназначенным для предпосевной обработки почвы без предварительной вспашки, для рыхления и подготовки почвы под посев, а также для послеуборочной обработки почвы.
Известно приспособленное к агрегатированию с трактором, т.е. являющееся почвообрабатывающим агрегатом, дисковое почвообрабатывающее орудие, согласно патенту РФ на изобретение №2185044, А01В 21/08, приоритет от 04.07.2000 г., выбранное в качестве аналога.
Дисковое почвообрабатывающее орудие содержит раму с закрепленными на ней в несколько рядов поперечными брусьями, на которых смонтированы вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, при этом диски имеют регулируемый угол атаки и расположены фронтально по ширине захвата. Кроме того, диски на первом и втором брусьях установлены вогнутой или выпуклой сторонами соответственно в противоположные стороны и образуют первый парный ряд дисков. В последующих соседних парных рядах диски установлены соответственно противоположно относительно дисков первого парного ряда, а каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего диска в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы земли на величину, равную частному от деления междискового расстояния на количество рядов, при этом диски имеют наклон в вертикальной плоскости.
Недостатком данного дискового почвообрабатывающего орудия является невысокое качество обработки почвы. Во-первых, после обработки получается гребнистое, неровное дно, так как диски второго парного ряда установлены под тем же углом атаки, что и диски первого парного ряда. Во-вторых, так как последующие парные ряды дисков расположены в противоположную сторону относительно дисков первого парного ряда, то в результате на поверхности почвы после обработки образуются широкие борозды и валы земли, то есть поверхность обработанной земли гребнистая с содержанием неизмельченных комков земли и растительных остатков. Кроме того, диски являются единственными рабочими органами на данном орудии и выполняют роль лемехов (отвалов), а дальнейшей культивации не производится, поэтому качество обработки почвы ухудшается и, как следствие, требуются дополнительные затраты времени и энергоресурсов для дополнительной обработки при использовании орудия для предпосевной подготовки почвы. Кроме того, недостатком используемого режущего узла является то, что нет регулировки угла наклона оси диска к плоскости поверхности земли, т.е. диск работает только под одним углом и, следовательно, нет возможности перестроить его для выполнения других агротехнических задач и типа почвы.
Следует отметить также, что диски в парных рядах, установленные выпуклой или вогнутой сторонами соответственно в противоположные стороны, находятся на разных расстояниях от точки прицепа, а так как условия работы этих рядов разные, то создается разность действующих на диски моментов сил в горизонтальной плоскости, приводящая к дисбалансу суммарных моментов вокруг точки прицепа, нарушению прямолинейности движения и, следовательно, к неравномерной и некачественной обработке пласта почвы по ширине захвата и глубине, т.е. к ухудшению качества обработки почвы, а также к ухудшению условий труда водителя тягового средства.
Более близким к заявляемому устройству по технической сущности является дисковое почвообрабатывающее орудие (см. патент RU №2291605 C1, A01B 21/08 от 17.10.2005 г.).
Данное изобретение содержит раму с закрепленными на ней в несколько рядов поперечными брусьями. На брусьях смонтированы вертикальные стойки с осями на концах, на которых установлены с возможностью вращения сферические диски. Диски имеют угол атаки, наклонены к вертикальной плоскости и установлены фронтально, по ширине захвата рядами, в которых каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего, в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы земли. Диски в рядах направлены выпуклостью или вогнутостью к продольной оси симметрии орудия таким образом, что количество дисков в каждом ряду одного направления с одной стороны оси симметрии равно количеству дисков противоположного направления с другой ее стороны. Между дисками первого ряда орудия по линии его продольной оси симметрии установлена плоскорежущая лапа с шириной захвата, равной междисковому промежутку дисков последнего ряда.
Такое конструктивное выполнение позволяет повысить качество обработки почвы и производительность за счет устранения дисбаланса сил и обеспечения прямолинейности движения орудия.
Следует отметить, что данная конструкция дискового почвообрабатывающего агрегата согласно описанию его работы имеет следующие недостатки.
Во-первых, при использовании шарнирной сцепки неизбежно возникает неравномерная глубина обработки по рядам дисков. Очевидно, что первый и второй ряды идут по монолитному фронту почвы, содержат большие количество дисков и заглубляются на большую величину, чем последующие ряды дисков, идущих по уже частично разрушенному, взрыхленному фронту почвы (особенно на сухих, суглинистых и каменистых почвах). При этом следует иметь в виду, что практически междисковая полоса земли сопоставима с заданной глубиной обработки (обычно 10…15 см), то есть соседние по схеме расположения диски практически вскрывают рабочие зоны (борозды) друг друга, образуя волнообразный фронт почвы. Это особенно проявляется при высоких скоростях (тяговых усилиях) обработки и приводит к тому, что последующие, задние, ряды дисков приподнимаются вверх, теряя первоначально заданную глубину обработки, вследствие недостаточной части общего веса агрегата, приходящейся на них, а также использования удлиненной конструкции рамы и жестких поперечных брусьев с дисками. Этот недостаток снижает положительный эффект от прямолинейности движения орудия и приводит к ухудшению качества обработки почвы, хотя может быть частично устранен при использовании навесной (трехточечной) жесткой сцепки с трактором, которая, в свою очередь, значительно сокращает ширину захвата (обычно не более пяти метров), то есть ограничивает общую производительность и область применения агрегата.
Во-вторых, конструкция рабочих органов орудия не имеет регулировки угла наклона оси диска к плоскости поверхности земли, что существенно ограничивает практическое использование агрегата для решения разнообразных агротехнических задач.
Далее, принимая во внимание общее направление развития как отечественного, так и зарубежного сельскохозяйственного машиностроения, а именно: увеличение мощностей применяемых тракторов (до 500 л.с.), что требует создания скоростных, высокопроизводительных дисковых агрегатов с шириной захвата до 12…14 метров, предложенная конструкция дискового почвообрабатывающего агрегата практически неприменима, ввиду отсутствия в ней основных технических решений:
- по регулированию и стабилизации глубины обработки почвы;
- по переводу агрегата в транспортное (рабочее) положение;
- по устранению валов и борозд, создаваемых сферическими дисками для подготовки почвы под посев и др.
В связи с вышеизложенным наиболее близким техническим решением в качестве прототипа принято дисковое почвообрабатывающее устройство согласно патенту на полезную модель RU №66654 U1, A01B 21/08 от 16.04.2007 г.
Сущность данного изобретения заключается в том, что устройство, содержащее раму с поперечными брусьями, на которых фронтально по всей ширине захвата, образуя ряды, закреплены стойки с дисками выпукло-вогнутой формы, установленными с возможностью вращения; при этом диски установлены с углом атаки, а их оси наклонены к плоскости поверхности земли под острым углом так, что выпуклая сторона повернута к поверхности земли, при этом в каждом последующем ряду диски смещены в поперечном направлении относительно дисков предыдущего ряда на величину А, равную частному от деления междискового расстояния на количество рядов, причем в каждом ряду одна половина дисков установлена в одном направлении, а другая половина - в противоположном направлении, т.е. вогнутой или выпуклой сторонами соответственно в противоположные стороны, отличающиеся тем, что диски каждого последующего ряда установлены в противоположном направлении относительно дисков предыдущего ряда, а центры расстояния между ближайшими дисками одного ряда, расположенными в противоположном направлении, смещены на величину А от ряда к ряду.
Данное дисковое почвообрабатывающее устройство дополнительно содержит выравнивающие рабочие органы вращательного типа, выполненные в виде, например, спиральных катков, с возможностью перемещения почвы вдоль продольной оси рабочего органа, в противоположные стороны от продольной оси симметрии агрегата.
Анализ современных конструкций дисковых почвообрабатывающих агрегатов, предлагаемых, например, как фирмами «Lemken», «Polimag», «Gasparado» и другими, так и ведущими отечественными производителями: «БДМ-Агро», «NEW TONE», «Белагромаш-Сервис», «НОЭЗНО», «Сибсельмаш-Спецтехника», позволяет сделать вывод, что общая компоновка конструкции агрегата по патенту RU №66654 U1 (прототип) является наиболее работоспособной и технологичной, хотя имеет следующие существенные недостатки:
- во-первых, высокая сложность, стоимость и металлоемкость отдельных узлов и агрегатов и, как следствие, их недостаточная эксплуатационная надежность и ремонтопригодность;
- во-вторых, достаточно высокая общая масса агрегата (иногда до 7500 кг и более) требует значительных тяговых усилий (особенно на скоростных режимах обработки почвы), т.е. высоких эксплуатационных энергозатрат и расхода горючего.
Основной целью предлагаемого технического решения - дискового почвообрабатывающего агрегата - является повышение надежности почвообрабатывающего устройства за счет упрощения его конструкции, а также повышение ремонтопригодности и снижение энергозатрат на обработку почвы.
Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что дисковое почвообрабатывающее устройство содержит приспособленную для присоединения к тяговому средству раму с продольными и поперечными брусьями, на которых фронтально по всей ширине захвата закреплены стойки с дисками сферической формы, установленными с возможностью вращения и регулирования угла атаки, а их оси наклонены к плоскости поверхности земли под острым углом; при этом рама выполнена с возможностью регулирования величины заглубления дисков и снабжена транспортным колесным ходом, а также выравнивающими, регулируемыми катками (модулями катков), например, спирального типа. Кроме того, диски в рядах направлены вогнутой (выпуклой) стороной к продольной оси симметрии агрегата таким образом, что количество дисков каждого ряда с обеих сторон одинаково, при этом в смежных рядах диски смещены на величину, равную частному от деления междискового расстояния на количество рядов.
Предлагается: раму агрегата выполнить в виде центральной хребтовой балки, на которой расположены поперечные брусья, несущие стойки с креплением бандажного типа, и с рабочими сферическими дисками; при этом внутренние концы поперечных брусьев крепятся к балке с помощью шарниров карданного типа, а наружные их концы - к продольным брусьям с помощью осей шарниров, образуя параллелограммные секции, оснащенные талрепами для регулирования угла атаки дисков, а также передними опорными колесами, ограничивающими глубину врезания дисков переднего ряда. Кроме того, балка содержит винтовой, домкратный механизм подъема и опускания тяговой сцепки, а также направленные навстречу друг к другу вогнутыми сторонами рабочие сферические диски для обработки почвы в центральной зоне ширины захвата.
В предлагаемой конструкции дискового почвообрабатывающего агрегата выполнение рамы в виде жесткой хребтовой балки, связанной карданными шарнирами с параллелограммными секциями, несущими стойки с креплением бандажного типа, и с рабочими дисками, значительно упрощает металлоконструкцию агрегата, сохраняя при этом достаточную прочность и жесткость основных узлов; снижает общий вес орудия и его металлоемкость, а также повышает надежность агрегата и упрощает техническое обслуживание и ремонт. Данная конструктивная компоновка агрегата допускает широкое использование стандартных и нормализованных деталей и узлов (крестовины и вилки карданов, оси шарниров, цапфы и др.), широко применяемых, например, в строительно-дорожных машинах и автотракторной технике, а это способствует снижению стоимости изделия, повышению его надежности и ремонтопригодности. Упрощение предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом заключается в следующем:
- во-первых, механизм заглубления и подъема рабочих дисков переднего ряда выполнен винтовым, домкратного типа и размещенным непосредственно на тяговой сцепке, а в прототипе эти функции выполняет сложная группа механизмов, то есть сница со сцепкой, талреп, двуплечий рычаг с приводом от гидроцилиндра;
- во-вторых, регулирование угла атаки рабочих дисков производится талрепами одновременно на обе секции сразу для всех дисков агрегата, а в известной конструкции - двенадцатью группами одинаковых механизмов: это талрепы, тяги, оси с шарнирами и кронштейны на осях стоек;
- в-третьих, в прототипе рама оснащена гнездами (иногда до 60 штук и более) для монтажа в них стоек рабочих органов, а это значительно ослабляет (перфорирует) раму и крылья, требуя дополнительного усиления (ребрами, накладками, раскосами и т.д.). Предлагаемая конструкция свободна от этих недостатков, так как крепление стоек к поперечным брусьям осуществляется с помощью литых, охватывающих, полукорпусов, стягиваемых резьбовыми элементами, например П-образными скобами (см. описание ниже, для фиг.4);
- в-четвертых, в прототипе подвеска выравнивающих катков к раме требует использования трех групп продольных и поперечных балок, шарниров, осей и кронштейнов, тогда как в предлагаемой конструкции подвеска катков упрощена и является продолжением продольных брусьев параллелограммных секций и хребтовой балки;
- в-пятых, в прототипе для перевода агрегата в транспортное положение необходимо использование четырех гидроцилиндров и оснастки к ним, а в предлагаемом устройстве достаточно двух. На фиг.1 изображено предлагаемое дисковое почвообрабатывающее устройство. На фиг.2 - вид сбоку (вид А на фиг.1). На фиг.3 представлена возможная схема расположения центральных сферических дисков. На фиг.4 изображены: стойка рабочего диска с креплением бандажного типа и вид Б на крепление стойки, а также вариант сборки стойки с использованием подкладных клиньев, например, на 5° или 10°, для изменения угла наклона диска.
Позиции на представленных фигурах соответствуют:
1 - балка центральная хребтовая;
2 - брус продольный;
3 - брус поперечный;
4 - ось шарнира продольного бруса;
5 - шарнир карданного типа
6 - диск рабочий сферический;
7 - диск рабочий центральный, сферический;
8 - балка ходовая;
9 - ход колесный, транспортный;
10 - каток выравнивающий (либо модуль катков);
11 - гребенка штырьевая, упругая;
12 - кронштейн навески и регулировка катков - боковой;
13 - кронштейн навески и регулировка катков - центральный;
14 - колеса передние, опорные с регулировкой по высоте;
15 - талреп регулировки угла атаки дисков;
16 - гидроцилиндр подъема и фиксации секций;
17 - кронштейн навески гидроцилиндра;
18 - гидроцилиндр транспортного, колесного хода;
19 - сцепка регулируемая, со сферическим вкладышем;
20 - домкрат сцепки винтовой;
21 - полукорпус стойки рабочего диска, нижний;
22 - перо стойки рабочего диска;
23 - гайка крепления оси рабочего диска;
24 - полукорпус прижимной, верхний;
25 - скоба крепления корпуса стойки;
26 - гайка крепления скобы;
27 - подкладной клин на 5° или 10°;
28 - упор-ограничитель угла подъема секции в транспортном положении.
Предлагаемое почвообрабатывающее устройство имеет следующие особенности конструкции.
К центральной хребтовой балке 1 (см. фиг.1 и 2) крепятся параллелограммные секции, образованные продольными брусьями 2 и поперечными брусьями 3, которые в свою очередь прикреплены к брусьям 2 с помощью осей шарниров 4, а также к балке 1 посредством шарниров карданного типа 5. Поперечные брусья 3 несут на себе рабочие сферические диски 6, крепление стоек которых выполнено охватывающим, бандажного типа. В центральной зоне по ширине захвата, в нижней части балки 1 (см. фиг.3), на кронштейнах жестко закреплены центральные рабочие диски 7. Сверху на балке 1 смонтирована ходовая балка 8, несущая на себе транспортный колесный ход 9. В задней части агрегата, аналогично креплению поперечных брусьев 3, смонтированы рабочие органы - выравнивающие катки 10 (либо модули катков), например спирального типа. В центральной зоне, сзади хребтовой балки 1, закреплена гребенка (борона) штырьевая, упругая 11 для выравнивания поля после прохода центральных рабочих дисков 7. Катки 10 имеют возможность регулирования по высоте с помощью съемных сепараторных кронштейнов навески 12 и 13, с целью поддержания заданной глубины обработки почвы для всего агрегата в целом.
В передней части агрегата установлены регулируемые по высоте передние опорные колеса 14, ограничивающие глубину врезания рабочих дисков первого ряда. Причем стойки опорных колес могут быть выполнены с возможностью поворота относительно вертикальной оси (до 30°) - для компенсации разворота колес при изменении угла атаки рабочих дисков, с помощью талрепов регулировки 15. Над верхней частью центральной балки 1 расположен гидроцилиндр подъема и фиксации секций в транспортном (рабочем) положении 16, который крепится к поперечным брусьям секций с помощью вертикальных кронштейнов навески 17. Такое расположение гидроцилиндра 16 имеет некоторые особенности при эксплуатации. При рабочем (горизонтальном) положении секций со сферическими дисками, когда опускание секций ограничено упорами крайнего положения на балке 1 (обычно привариваются на общей сборке агрегата по месту монтажа), гидроцилиндр находится под рабочим давлением при полностью выдвинутом штоке, то есть препятствует отклонению (подъему) секций от горизонтального положения.
При переводе агрегата в транспортное положение гидроцилиндр 16, втягивая шток, поднимает вначале полностью, до упора, секцию с рабочими дисками, имеющую наименьшие вес и моменты сопротивления в шарнирах, а затем и другую секцию, начиная с половины хода штока гидроцилиндра, - так же до упора размещенного на балке 1.
Далее гидроцилиндр 18 колесного хода 9 переводит агрегат в транспортное (либо рабочее) положение при обработке почвы - с помощью ходовой балки 8. На переднем конце хребтовой балки 1 закреплены: сцепка 19 (со сферическим вкладышем для компенсации угловых смещений) и винтовой механизм домкратного типа 20, винт которого может быть разгружен от тяговых усилий (рывков, ударов) подвески трактора, например, клиновидными вертикальными планками, причем для удобства обслуживания винтовой домкрат может быть оснащен, например, червячным ручным приводом.
Рабочие органы агрегата (см. фиг.4) имеют сферические диски 6, закрепленные (с возможностью вращения) на стойках, содержащих, например, литой нижний полукорпус 21 П-образной формы, охватывающий поперечный брус 3, имеющий паз Г для фиксации и усиления узла крепления пера стойки 22. Рабочие диски в сборе крепятся к перу стойки 22 гайками 23. Крепление стойки рабочих дисков к брусу 3 осуществляется с помощью верхних литых полукорпусов 24, а также резьбовых элементов, например П-образных скоб 25 с гайками 26.
Следует отметить, что паз Г для фиксации пера стойки может быть выполнен с разворотом (при изготовлении стойки, например, на 5°), а это позволяет при общей сборке агрегата устанавливать с разным изначальным углом атаки рабочие диски в соседних рядах, что способствует повышению качества обработки почвы.
На фиг.4 представлен также вариант крепления стойки с помощью подкладных клиньев 27 с углом уклона, например, 5° или 10°, - подобная конструкция проста в исполнении, но позволяет быстро и надежно изменять, при необходимости, угол наклона рабочих дисков для подготовки почвообрабатывающего устройства к решению разнообразных агротехнических задач. Далее, при переводе агрегата в транспортное положение, используются упоры-ограничители 28 угла подъема секций рабочих дисков, которые крепятся к центральной хребтовой балке 1 и могут быть выполнены регулируемыми.
Предлагаемое почвообрабатывающее устройство работает следующим образом.
После установки параллелограммных секций в рабочее горизонтальное положение проводятся предварительные регулировки: угла атаки дисков, талрепом 15, и заданной глубины врезания дисков первого ряда с помощью опорных катков 14, а также общей глубины обработки почвы, используя регулировки выравнивающих катков 10 и винтового домкрата сцепки 20. Далее проводятся обработка контрольной полосы почвы и корректировка взаимного расположения механизмов агрегата, а также окончательная коррекция их регулировок и опробование. Для перевода устройства в транспортное положение включают в работу гидроцилиндры 16 и 18, при этом возможен также подъем сцепки 19 с помощью гидроподвески трактора (например, К 700, К 701, К 744 и др.), имеющего, как правило, гидросистему раздельно-агрегатного типа. Следует отметить, что особое крепление стоек рабочих дисков (охватывающего, бандажного типа) позволяет при неравномерном износе дисков передвигать рабочий орган вдоль бруса 3, то есть корректировать индивидуальное положение каждого диска (в отличие от прототипа), а это улучшает качество обработки почвы.
В связи с вышеизложенным, возможно сделать заключение, что предлагаемое почвообрабатывающее устройство, в соответствии с совокупностью приведенных признаков и их взаимосвязью, обладает повышенной надежностью за счет упрощения его конструкции, а также повышенной ремонтопригодностью и пониженными энергозатратами при обработке почвы.