УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИПОЧВЕННОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ
DEVICE FOR SUBSOIL MILLING

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 связано с 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, А01В 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 вдоль хода 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:
- роторный щелерез имеет привод с внутренней стороны кольцевого щелереза, что обусловливает необходимость соответствующего пространства для размещения деталей привода, из-за чего увеличивается диаметр кольцевого щелереза и вертикальный габарит роторного щелереза;
- емкость для приема грунта, выполненная на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза, очищается от грунта только центробежным усилием, возникающим в процессе работы устройства, что обусловливает вероятность забивания емкости грунтом и приводит к дополнительной затрате энергии на обработку почвы.
Техническая задача, решение которой обеспечит предлагаемое изобретение, состоит в уменьшении вертикального габарита роторного щелереза, улучшении очистки от забивания грунтом емкостей для приема грунта, выполненных 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 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.
Для решения поставленной технической задачи предлагаемое устройство для внутрипочвенного фрезерования содержит раму, два роторных щелереза установленных на раме расположенных вертикально симметрично вдоль направления движения устройства и механически связанных с общим приводом и расположенным под приводом внутрипочвенным фрезерователем. Валы привода и внутрипочвенного фрезерователя размещены горизонтально и перпендикулярно направлению движения рыхлителя. Роторный щелерез снабжен диском щелереза и кольцевым щелерезом, диск щелереза содержит ведомую, опорную и центрирующую шестерни привода, зубья зацепления которых выполнены поочередно слева и справа вдоль наружной цилиндрической поверхности каждой шестерни. На ведомой, опорной и центрирующей шестернях и на кольцевом щелерезе выполнена цилиндрическая опорная поверхность, диаметр окружности которой равен диаметру соответствующей окружности зацепления. Кольцевой щелерез снабжен впадинами внутреннего зацепления, выполненными со стороны его внутренней цилиндрической поверхности на ее боковых поверхностях поочередно слева и справа направленными вглубь внутренней цилиндрической поверхности кольцевого щелереза, посредством которых он взаимодействует с зубчатым зацеплением, выполненным на наружной цилиндрической поверхности ведущей, ведомой, опорной, центрирующей шестерней привода. Кольцевой щелерез снабжен режущими органами, выполненными вдоль его наружной цилиндрической поверхности на боковых поверхностях поочередно слева и справа по направлению вращения кольцевого щелереза. Перед режущим органом на боковой поверхности кольцевого щелереза выполнена емкость для приема грунта, открытая в сторону боковой и наружной цилиндрической поверхностей кольцевого щелереза. Вал фрезерователя выполнен с консолями.
На задней по направлению вращения кольцевого щелереза поверхности емкости для приема грунта кольцевого щелереза выполнен упор, который направлен вперед по направлению вращения кольцевого щелереза.
Ведущая шестерня привода кольцевого щелереза выполнена на раме и расположена над поверхностью почвы, при этом зубья ведущей шестерни взаимодействуют с емкостями кольцевого щелереза, выполненными на его наружной поверхности поочередно слева и справа по направлению вращения ведущей шестерни.
Поверхность упора выполнена с режущей кромкой.
Режущая кромка на наружном конце наружной передней по направлению вращения кольцевого щелереза поверхности упора выполнена так, что высота режущей кромки составляет не более 25-30% высоты основного режущего зуба кольцевого щелереза.
Кромка упора выполнена в виде узкого режущего органа с тупым углом резания.
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 ходу 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, взаимодействующими с внутренними впадинами 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 правой и левой емкостями для приема грунта 12 одновременно выполняет роль передней поверхности впадины зацепления. На задней по направлению вращения кольцевого щелереза 5 поверхности впадины зацепления рядом с режущим органом 11 со стороны боковой поверхности впадины выполнен упор 13, на который при вращении кольцевого щелереза опирается задняя по направлению вращения поверхность зуба ведущей шестерни.
Кольцевой щелерез 5 впадинами зацепления в виде емкости для приема грунта 12 зубчатым зацеплением взаимодействует с зубьями зацепления 14, выполненными поочередно слева (справа) по направлению вращения ведущей шестерни привода 15 на ее наружной поверхности.
Шестерня привода 15 выполнена на валу привода на раме 1 устройства.
Предлагаемое устройство для роторного внутрипочвенного рыхления работает следующим образом.
При движении устройства по обрабатываемому участку земли крутящий момент передается к симметрично установленной на раме паре роторных щелерезов 2 следующим образом. От привода крутящий момент поступает к валу привода, через пару симметрично установленных на раме над почвой шестерней 15, элементы зацепления 12 наружного привода кольцевого щелереза 4, элементы зацепления 9 внутреннего привода кольцевого щелереза 4, элементы зацепления 10 пары симметрично установленных ведомых шестерней 8 поступает к внутрипочвенному фрезерователю 3, снабженному почвенными фрезами. Вал влутрипочвенного фрезерователя 3 симметрично опирается на пару ведомых шестерней 8.
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. Диаметр соответствующей цилиндрической поверхности контакта кольцевого щелереза 5 и каждой шестерни 6, 7, 8 равен диаметру соответствующей окружности зацепления.
К кольцевому щелерезу 5 крутящий момент передается зубьями зацепления 14 шестерни 15 посредством наружных впадин зацепления в виде емкостей для приема грунта 12, выполненных на наружных боковых поверхностях кольцевого щелереза 5.
Роторный щелерез 2 работает снизу вверх, выбрасывая почву из забоя вверх от себя. 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. Упор 13 предотвращает соприкосновение режущей кромки режущего органа 11 и зуба зацепления 14. Упор 13 по направлению вращения кольцевого щелереза 5 выполнен узким, поскольку только фиксирует позицию кольцевого щелереза 5 относительно зуба зацепления 14 шестерни 15 и не несет нагрузки зацепления.
Внутрипочвенный фрезерователь 3 получает поток крутящего момента симметрично с ведомых шестерней 8 и почвенными фрезами производит фрезерование с целью рыхления и перемешивания почвы. Высокое качество поверхности обработанного поля обеспечивается тем, что в процессе обработки почвы вал привода роторного щелереза 2 расположен над поверхностью почвы на достаточной высоте, чтобы не происходило сжатия потока почвы и растительных остатков в сечении между валом привода и поверхностью почвы и имеется возможность уменьшить диаметр кольцевого щелереза 5. Соответственно, создается возможность увеличить жесткость, прочность и надежность вала привода, уменьшить тяговое сопротивление. Последнее обусловлено тем, что фреза меньшего диаметра, в виде которой выполнен кольцевой щелерез 5, в процессе работы устройства оказывает меньшее тяговое сопротивление, чем фреза большего диаметра при обработке слоя почвы равной толщины. Емкость для приема грунта 12, выполненная на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза, очищается от грунта принудительно путем выдавливания из нее почвы посредством зуба 14, причем внутри емкости отсутствует поверхность, соответствующая впадине зуба. Это обусловливает снижение вероятности забивания емкости 12 грунтом. Обеспечивается снижение затрат энергии на обработку почвы.
В предлагаемом устройстве низкая вероятность забивания грунтом емкостей для приема грунта 12, выполненных на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза 5, 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. 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 элементам зацепления ведущей шестерни привода 14, выполненными соответственно элементам зацепления зубчатого привода кольцевого щелереза 5. Оставшийся грунт ударным путем выталкивается из емкости для приема грунта 12 зубом зацепления 14 ведущей шестерни привода 15.
Извлечение грунта из забоя щели в почве при использовании предлагаемого технического решения имеет особенности.
Верхняя кромка упора 13 предотвращает обратное перемещение зуба 14 в зацеплении в сторону режущего зуба 11, исключая нештатную работу механической передачи в кинематическом аспекте и при крутильных колебаниях. Верхняя кромка упора 13 срезает стружку грунта в забое. Эта кромка представляет собою узкий режущий орган, выполненный с тупым углом резания.
Относительно большой угол резания верхней кромки упора 13 обусловливает повышенное сопротивление резанию на этом участке фронта забоя.
Однако указанная особенность процесса не является значимой по двум причинам.
Во-первых, фронт резания верхней кромки упора 13 узкий, составляет не более 20-25% фронта резания расположенного рядом основного режущего зуба 11.
Во-вторых, стружка, снимаемая режущим зубом упора 13, имеет толщину значительно меньше, чем толщина стружки на основном участке забоя режущей кромки основного режущего органа 11. Это объясняется тем, что основной левый (правый) режущий орган 11 снимает стружку грунта с поверхности забоя, обработанной предыдущим по направлению вращения роторного щелереза 5 аналогично расположенным на роторном щелерезе 5 относительно его боковой плоскости левым (правым) режущим зубом. В то же время верхняя кромка упора 13 позиционирована на роторном щелерезе 5 так, что в забое работает по следу не аналогично расположенного, а наоборот, непосредственно ближайшего по направлению вращения ротора противоположно расположенного на роторном щелерезе 5 основного режущего зуба 11. Поэтому шаг режущего зуба упора 13 в два раза меньше, чем основного режущего зуба 11. Кроме того, высота зуба упора 13 относительно цилиндрической поверхности, описываемой в пространстве в процессе работы режущими кромками основных режущих зубьев 11, меньше, чем высота зубьев 11. Поэтому стружка грунта, снимаемая верхней кромкой упора 13 с поверхности забоя, практически отсутствует, или образуется в основном только в результате попадания на режущую кромку рассматриваемого зуба уже извлеченного из забоя рыхлого материала, снятие которого со стенки забоя не сопряжено с большим усилием и нагрузкой на режущий зуб. Кроме того, такая стружка значительно, в 3-4 раза тоньше и, в связи со спонтанностью ее образования, короче и легче, чем стружка, снимаемая очередным (четным или нечетным) основным режущим органом 11. Наконец, эта стружка представляет собой в основном уже перерытый основными режущими органами 11 материал забоя, снятие которого с поверхности забоя не сопряжено с процессом резания. Это обусловливает некоторое довольно слабое дополнительное сопротивление резанию почвы в забое щели роторным щелерезом. Однако очевидно, что при использовании предлагаемого технического решения интегральное сопротивление роторному щелерезу 2 в почве существенно меньше, чем сопротивление резанию почвы в забое щели роторному щелерезу в известном устройстве.
Большое сопротивление резанию почвы роторному щелерезу 2 в забое щели в известном техническом решении обусловлено большим, чем в заявляемом техническом решении, диаметром кольцевого щелереза 5. Известно, что сопротивление резанию почвы в забое при роторном процессе обработки одного и того же слоя почвы или грунта увеличивается пропорционально диаметру фрезы.
Предлагаемое техническое решение исключает забивание грунтом емкостей для приема грунта, выполненных на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза. В результате снижается сопротивление вращению ротора в почве, а также сопротивление перемещению устройства. Сопротивление перемещению устройства дополнительно снижается ха счет уменьшения диаметра ротора по сравнению с известным устройством. Повышается надежность роторного щелереза 2 и всего устройства.
Использование новых элементов в виде кольцевого щелереза 5, снабженного выполненным на задней по направлению его вращения поверхности емкости для приема грунта 12 упором 13, ведущей шестерни привода 15, зубом зацепления 14 которой грунт из емкости для приема грунта 12 выталкивается принудительным ударным воздействием, 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. уменьшается наружный диаметр кольцевого щелереза и, соответственно, вертикальный габарит роторного щелереза, исключается забивание грунтом выполненных на наружной боковой поверхности кольцевого щелереза емкостей для приема грунта за счет применения принудительной очистки ее от грунта, снижается сопротивление вращению ротора в почве, а также и сопротивление перемещению устройства. Сопротивление перемещению устройства дополнительно снижается за счет уменьшения диаметра роторного щелереза по сравнению с известным устройством.