УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИПОЧВЕННОГО РОТОРНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ С ДВОЙНЫМ ЗУБЧАТЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для нарезки водопоглощающих щелей в почве и внутрипочвенного рыхления.
Известно устройство для роторного внутрипочвенного рыхления, привод фрезерователя в котором выполнен в виде закрытого редуктора. Недостаток привода состоит в необходимости продвижения редуктора сквозь почву в технологическом процессе ротационного рыхления внутреннего слоя почвы, что обусловлено непроизводительными затратами дополнительной энергии, не связанными с выполнением собственно рыхления (ПМС-70; ПМС-100; ПМС-100М; ФС-1,3; МСП-2 и др. (свидетельство СССР №442759, A01B 49/02, 1974; инф. л. СК ЦНТИ, Ростов-Дон, №№101-74, 43-75, 101-76 - прототип).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для ротационного внутрипочвенного рыхления, содержащее два роторных щелереза, расположенных вертикально симметрично по направлению движения устройства, механически связанных с общим приводом и расположенным ниже привода внутрипочвенным фрезерователем, которые имеют валы, расположенные горизонтально и перпендикулярно направлению движения рыхлителя (Патент на изобретение RU №2376737. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 декабря 2009 г., приоритет от 08 мая 2008. - аналог).
В данном устройстве имеются недостатки:
- механический привод кольцевого щелереза выполнен в виде прямозубого зубчатого зацепления, что ухудшает условия работы привода в связи с импульсными нагрузками на детали привода ввиду переменного углового ускорения кольцевого щелереза как ведомой шестерни при равномерном вращении ведущей шестерни, а также по причине недостаточного перекрытии зацепления в механической передаче;
- емкость для приема грунта, выполненная на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза, очищается от грунта только центробежным усилием недостаточно, поскольку имеет развитую переднюю по направлению вращения поверхность, что в процессе работы устройства обусловливает вероятность налипания грунта на эту поверхность и забивание емкости грунтом, это приводит к дополнительной затрате энергии на обработку почвы.
Техническая задача, решение которой обеспечит предлагаемое изобретение, состоит в обеспечении оптимальных условий привода кольцевого щелереза, улучшении очистки от забивания грунтом емкостей для приема грунта на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является создание возможности производить при движении устройства фрезерование внутренних слоев почвы с высокой надежностью и меньшими затратами энергии.
Для решения поставленной технической задачи предлагается устройство для внутрипочвенного роторного фрезерования с механическим приводом с двойным зубчатым зацеплением. Устройство содержит раму, два роторных щелереза, расположенных вертикально симметрично вдоль направления движения устройства и механически связанных с общим приводом и расположенным под приводом внутрипочвенным фрезерователем, которые имеют валы, размещенные горизонтально и перпендикулярно направлению движения рыхлителя. Роторный щелерез снабжен диском щелереза и кольцевым щелерезом. Кольцевой щелерез снабжен режущими органами, выполненными на его боковых поверхностях поочередно слева и справа, и направленными в сторону его наружной цилиндрической поверхности. Перед режущим органом на боковой поверхности кольцевого щелереза выполнена емкость для приема грунта. Емкость для приема грунта кольцевого щелереза снабжена углублением на ее задней поверхности, размер которого по ширине составляет 0,3 ширины зуба ведущей шестерни, выполненным параллельно плоскости кольцевого щелереза между дном емкости для приема грунта и режущим органом кольцевого щелереза, и выступом, выполненным параллельно плоскости кольцевого щелереза между дном емкости для приема грунта на высоту 0,5 глубины емкости для приема грунта. Задняя по направлению вращения поверхность зуба ведущей шестерни снабжена выступом, ширина которого составляет 0,3 ширины зуба ведущей шестерни, боковая плоскость которого выполнена в одной плоскости с боковой поверхностью зуба, направленной в сторону центральной плоскости ведущей шестерни. Передняя по направлению вращения поверхность зуба ведущей шестерни снабжена выступом, ширина которого составляет 0,5 ширины зуба ведущей шестерни, боковая плоскость которого выполнена в одной плоскости с боковой поверхностью зуба, направленной в сторону наружной плоскости ведущей шестерни.
Изобретение поясняется прилагаемыми схемами, где на фиг. 1 показано предлагаемое устройство, вид сбоку, разрез Б-Б; на фиг. 2 показано предлагаемое устройство, вид спереди, разрез А-А правой по направлению движения части устройства.
Устройство выполнено симметрично относительно направления движения, содержит раму 1, роторный щелерез 2, внутрипочвенный фрезерователь 3 с фрезами. Роторный щелерез 2 содержит диск щелереза 4, кольцевой щелерез 5, опорную 6, центрирующую 7 и ведомую 8 шестерни привода. Внутрипочвенный фрезерователь 3 установлен в ведомых шестернях 8 роторных щелерезов 2. Кольцевой щелерез 5, выполняющий роль редуктора, передающего крутящий момент от привода к внутрипочвенному фрезерователю 3, снабжен выполненными на его боковых поверхностях поочередно слева и справа вдоль внутренней цилиндрической поверхности прямозубыми впадинами зацепления 9. Опорная 6 и центрирующая 7 и ведомая 8 шестерни привода выполнены с поочередно расположенными слева и справа вдоль наружной цилиндрической поверхности наружными зубьями зацепления 10, комплементарными внутренним впадинам зацепления 9 кольцевого щелереза 5. Кольцевой щелерез 5 внутренней цилиндрической опорной поверхностью опирается с зацеплением на наружную цилиндрическую опорную поверхность опорной 6, центрирующей 7 и ведомой 8 шестерней привода. Каждая опорная поверхность соответствующего кинематического элемента привода имеет диаметр, равный соответствующему диаметру окружности зацепления.
Кольцевой щелерез 5 снабжен выполненными на его наружной цилиндрической поверхности поочередно слева и справа режущими органами 11. По направлению вращения кольцевого щелереза 5 перед режущим органом 11 на боковой поверхности кольцевого щелереза выполнена открытая сбоку и в сторону наружной цилиндрической поверхности кольцевого щелереза 5 емкость для приема грунта 12.
Емкость для приема грунта 12 одновременно является впадиной зацепления зубчатого привода на внешней стороне кольцевого щелереза. Перемычка между последовательно расположенными на кольцевом щелерезе 5 правой и левой емкостями для приема грунта 12 одновременно выполняет роль передней поверхности впадины зацепления.
Емкость для приема грунта 12 кольцевого щелереза 5 снабжена углублением 13. Углубление 13 выполнено в задней поверхности емкости для приема грунта 12 параллельно плоскости кольцевого щелереза. Боковыми поверхностями углубления являются внутренняя поверхность емкости для приема грунта 12 и внутренняя поверхность режущего органа кольцевого щелереза.
Емкость для приема грунта 12 кольцевого щелереза 5 снабжена выступом 14. Выступ 14 выполнен в передней поверхности емкости для приема грунта 12 параллельно плоскости кольцевого щелереза. Боковая поверхность выступа 14 расположена на высоте 0,5 глубины емкости для приема грунта 12 относительно внутренней поверхность емкости для приема грунта 12.
Кольцевой щелерез 5 имеет зубчатый привод от ведущей шестерни привода 15. Впадины зацепления в виде емкости для приема грунта 12 зацеплением комплементарно соединены с зубьями зацепления 16, выполненными поочередно на наружной поверхности слева (справа) по направлению вращения, соответственно, кольцевого щелерез 5 и ведущей шестерни привода 14.
Ведущая шестерня привода 15 установлена на валу привода, который установлен на раме 1 устройства.
Ведущая шестерня привода 14 снабжена зубьями привода 16 с выступами 17, 18.
Предлагаемое устройство для роторного внутрипочвенного рыхления работает следующим образом.
При движении устройства по обрабатываемому участку земли крутящий момент передается к роторному щелерезу 2. От привода крутящий момент поступает к валу привода, через шестерню 15, элементы зацепления 12 наружного привода кольцевого щелереза 5, элементы зацепления 9 внутреннего привода кольцевого щелереза 5, элементы зацепления 10 ведомой шестерни 8 поступает к внутрипочвенному фрезерователю 3, снабженному почвенными фрезами.
Кольцевой щелерез 5 в направлении перпендикулярном плоскости фиг. 1 фиксируется в пространстве поочередно слева и справа расположенными, соответственно, на нем, а также на опорной 6, центрирующей 7 и ведомой 8 шестернях элементами зацепления - впадинам зацепления 9 и зубьям зацепления 10. В плоскости фиг. 1 кольцевой щелерез 5 позиционируется его внутренней цилиндрической опорной поверхностью и соответствующими опорными поверхностями опорной 6, центрирующей 7 и ведомой 8 шестерней.
Роторный щелерез 2 работает снизу вверх, выбрасывая почву из забоя от себя и вверх. Кольцевой щелерез 5 режущими органами 11 прорезает щель в почве. Грунт в процессе резания с режущего органа 11 поступает в расположенную по направлению вращения кольцевого щелереза 5 перед режущим органом 11 емкость для приема грунта 12. После подъема емкости для приема грунта 12 над поверхностью почвы грунт из нее ротационным путем выбрасывается на поверхность почвы центробежной силой. Емкость для приема грунта 12, выполненная на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза, очищается от грунта принудительно путем выдавливания из нее почвы посредством зуба 16. Улучшение очистки емкости для приема грунта обеспечивается выступами 17, 18 которые извлекает из емкости для приема грунта 12 грунт, застрявший между режущим органом 11 кольцевого щелереза 5 и внутренней поверхностью емкости для приема грунта 12, и грунт над выступом 14. Выступ 17 обеспечивает беспрепятственное резание режущим органом 11 в процессе его очередного погружения в забой, поскольку режущий орган 11 предварительно очищен. Процесс резания грунта режущим органом 11 в забое идет более эффективно, поскольку грунт в предлагаемом техническом решении сходит с инструмента в двух направлениях, а не в одном, как это имело место в известном техническом решении.
Выступ 14 уменьшает толщину стружку грунта, которая занимает переднюю часть емкости для приема грунта. В результате относительно тонкий слой грунта, расположенный над плоскость выступа 14, легко подвергается механическому разрушению в процессе вибрации движущихся частей устройства, сходит с кольцевого щелереза. При этом происходит скалывание и разрушение грунта в основной емкости для приема грунта 12.
В предлагаемом устройстве низкая вероятность забивания грунтом емкостей для приема грунта 12 обусловлена следующими обстоятельствами.
После выхода очередной емкости для приема грунта 12 из забоя щели в почве на поверхность происходит центробежный выброс грунта из емкости для приема грунта 12. Наступает эффект первичного скалывания грунта над выступом 14. В силу отсутствия принудительной очистки емкости для приема грунта 12 на этом участке траектории кольцевого щелереза 5 имеет место вероятность неполной очистки емкости для приема грунта 12.
Затем емкость для приема грунта 12 входит в зацепление с элементами зацепления 16, 17, 18 ведущей шестерни привода 15, выполненными комплементарно элементам зацепления зубчатого привода кольцевого щелереза 5. Оставшийся грунт ударным путем выталкивается из емкости для приема грунта 12 зубом зацепления 16 ведущей шестерни привода 15 и его выступами 17, 18.
Выступ 17 улучшает работу устройства во второй из двух рассмотренных фазе движения кольцевого щелереза 5 над дневной поверхностью. Емкость для приема грунта кольцевого щелереза 12 снабжена углублением 13 на ее задней поверхности, выполненным параллельно плоскости кольцевого щелереза между дном емкости для приема грунта и режущим органом кольцевого щелереза. Задняя по направлению вращения поверхность зуба 16 ведущей шестерни 15 снабжена выступом 17, ширина которого составляет 0,3 ширины зуба ведущей шестерни, боковая плоскость которого выполнена в одной плоскости с боковой поверхностью зуба, направленной в сторону центральной плоскости ведущей шестерни. За счет выбранной комплементарной формы выступа 17 зуба зацепления 16 ведущей шестерни 15 и углубления 13 емкости для приема грунта кольцевого щелереза 12 достигается не только более полная очистка емкости для приема грунта, но также освобождается режущая кромка режущего органа 11 и путь схода с него грунта при следующем погружении в забой.
Выступ 18 выдавливает остатки грунта с поверхности выступа 14.
Все это обусловливает снижение вероятности забивания емкости 12 грунтом. Обеспечивается снижение затрат энергии на обработку почвы за счет беспрепятственного приема обрабатываемого грунта в емкости для приема грунта 12 кольцевого щелереза 5 без сжатия и уплотнения.
Зацепление в передаче крутящего момента от ведущей шестерни 15 к кольцевому щелерезу 5 происходит в две фазы.
Первая фаза зацепления наступает при соприкосновении передней по направлению вращения поверхности емкости для приема грунта 12 и передней по направлению вращения поверхности выступа 18 зуба 16 ведущей шестерни 15. Начинается передача крутящего момента. Ширина текущего зацепления меньше основной его ширины, но это не приводит к перегрузке узлов, поскольку они рассчитаны не на передачу крутящего момента, а на объем извлечения грунта и механическую устойчивость кольцевого щелереза к продольным сжимающим напряжениям в плоскости щелереза. По этой причине имеет место большой механический запас конструкции в отношении зацепления.
Вторая фаза зацепления наступает при соприкосновении задней по направлению вращения поверхности выступа 14 емкости для приема грунта 12 и передней по направлению вращения поверхности зуба 16 ведущей шестерни 15. Продолжается передача крутящего момента. Ширина текущего зацепления равна основной его ширине ввиду одновременного протекания обеих фаз зацепления.
По завершении первой фазы зацепления продолжается вторая фаза зацепления, что повышает перекрытие передачи, уменьшаются крутильные колебания, динамические нагрузки, износ и акустическая шумовая составляющая передачи. Имеет место сдвоенное последовательное зацепление колес зубчатой передачи.
Предлагаемое техническое решение за счет комплементарного зацепления элементов ведущей шестерни и кольцевого щелереза исключает забивание грунтом емкостей для приема грунта 12. Также обеспечивается работоспособность режущих органов кольцевого щелереза 5. Улучшаются условия передачи крутящего момента к щелерезу.
В результате улучшаются условия наполнения емкостей для приема грунта кольцевого щелереза, снижается сопротивление вращению ротора в почве. Повышается равномерность передачи потока крутящего момента.
Соответственно, уменьшается тяговое сопротивление перемещению устройств в почве. Повышается надежность роторного щелереза 2 и всего устройства.
Использование новых элементов в виде углубления на задней поверхности емкости для приема грунта, выполненным параллельно плоскости кольцевого щелереза между дном емкости для приема грунта и режущим органом кольцевого щелереза, выступа на задней по направлению вращения поверхности зуба ведущей шестерни, ширина которого составляет 20-30% ширины зуба ведущей шестерни, боковая плоскость которого выполнена в одной плоскости с боковой поверхностью зуба, направленной в сторону центральной плоскости ведущей шестерни позволяет производить при движении устройства фрезерование внутренних слоев почвы с низким тяговым сопротивлением редуктора щелереза, разуплотнять и перемешивать слои обработанной почвы между собой, сохранять гумусовый слой и растительные остатки на поверхности почвы с высоким качеством, надежностью и меньшими затратами энергии т.к. исключается забивание грунтом выполненных на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза емкостей для приема грунта за счет применения ее принудительной очистки от грунта, обеспечивается очистка режущих органов кольцевого щелереза, за счет применения сдвоенного последовательного зацепления колес зубчатой передачи повышается равномерность передачи крутящего момента к фрезерователю, снижается сопротивление вращению ротора в почве, а также сопротивление перемещению устройства.